芯片封装结构及其制作方法和电子设备

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种芯片封装结构及其制作方法和电子设备。

背景技术

随着半导体行业的迭代，图像传感器封装技术主要利用包括：电荷耦合元件图像传感器(CCD：charge couple device)、CMOS芯片图形处理器光电传感器（CIS：contactimage sensor)，因此图像传感器可用以接收光信号，并将光信号转换成电信号，使得图像传感器运用于数码相机、车用图像传感模块、监控摄像机等各种电子产品，传统图像传感芯片(Sensor chip)主要利用打线（金线/铜线/合金线）方式将图像传感晶片与基板连接，在芯片感光区域涂覆透光胶层，将透光盖(例如玻璃)粘贴设置于图像传感晶片的上方，达到透光目的（其透光胶层满足透光率>90%），然后再次进行选择性塑封，形成塑封体，漏出透光盖区域，实现图像传感功能。但采用现有工艺来制作含有感光芯片的半导体封装结构时，存在良率较低，封装结构的稳定性较差的问题。

发明内容

本申请的目的包括，例如，提供了一种芯片封装结构、其制作方法和电子设备，其能够改善现有技术中感光芯片封装良率较低，封装结构的稳定性较差的问题。

本申请的实施例可以这样实现：

第一方面，本申请提供一种芯片封装结构，包括：

基板，基板上设置有线路；

正装于基板的感光芯片，感光芯片背离基板的一面设置有感光区域；

覆盖感光芯片的透光件，透光件朝向感光芯片的一侧设置有重新布线层；

第一导电柱，第一导电柱连接重新布线层和感光芯片的管脚；

第二导电柱，第二导电柱连接重新布线层和基板的线路；

透光件与基板之间的间隙内，以及透光件与感光芯片之间的间隙内均填充有填充胶，以包裹第一导电柱和第二导电柱，填充胶避让感光芯片的感光区域。

在可选的实施方式中，透光件朝向感光芯片的一侧还设置有透光胶层，透光胶层覆盖感光区域。

在可选的实施方式中，填充胶不透明。

在可选的实施方式中，透光件为玻璃。

第二方面，本申请提供一种芯片封装结构的制作方法，包括：

在透光件上设置重新布线层，在重新布线层上设置第一导电柱和第二导电柱；

在基板上正装感光芯片，使感光芯片的感光区域位于感光芯片背离基板的一面；

将设有重新布线层、第一导电柱和第二导电柱的透光件覆盖于感光芯片上，令第一导电柱、第二导电柱分别连接感光芯片的管脚和基板上的线路；

在透光件与基板之间的间隙内以及透光件与感光芯片之间的间隙内填充填充胶，以包裹第一导电柱和第二导电柱，并令填充胶避让感光芯片的感光区域。

在可选的实施方式中，在透光件上设置重新布线层，在重新布线层上设置第一导电柱和第二导电柱的步骤，包括：

在透光件上铺设透光材料，利用激光在透光材料上开设深至透光件的槽，并在槽底电镀金属材料形成重新布线层；

去除透光件上的一部分透光材料，剩下的透光材料形成用于覆盖感光芯片的感光区域的透光胶层；

在重新布线层上铺设光刻胶，在光刻胶上开槽，通过电镀工艺在槽内填充金属材料，去除光刻胶形成第一导电柱和第二导电柱。

在可选的实施方式中，在重新布线层上铺设光刻胶，在光刻胶上开槽，通过电镀工艺在槽内填充金属材料，去除光刻胶形成第一导电柱和第二导电柱的步骤，包括：

在重新布线层上铺设第一层光刻胶，在第一层光刻胶上开槽，通过电镀工艺在槽内填充第一导电柱的材料，去除第一层光刻胶形成第一导电柱；

在重新布线层上铺设第二层光刻胶，第二层光刻胶厚于第一层光刻胶，在第二层光刻胶上开槽，通过电镀工艺在槽内填充第二导电柱的材料，去除第二层光刻胶形成第二导电柱，第二导电柱高于第一导电柱。

在可选的实施方式中，填充第一导电柱的材料和第二导电柱的材料的步骤，均包括先电镀铜材料形成铜柱，再在铜柱顶部印刷锡膏；去除光刻胶后，通过回流使锡膏形成锡球；

将设有重新布线层、第一导电柱和第二导电柱的透光件覆盖于感光芯片上时，第一导电柱和第二导电柱通过各自的锡球分别焊接于感光芯片的管脚和基板上的线路。

第三方面，本申请提供一种电子设备，包括前述实施方式中任一项的芯片封装结构，或者包括前述实施方式中任一项的芯片封装结构的制作方法制得的芯片封装结构。

本申请实施例的有益效果包括，例如：

本申请实施例提供的包含有感光芯片的芯片封装结构，其感光芯片通过透光件上的第一导电柱、第二导电柱以及重新布线层，与基板的线路连接。避免了通过打线的方式连接感光芯片和基板，因此也就不容易面临传统打线工艺中的金属线在塑封时容易被冲弯，或者透光区域点胶存在溢胶导致无法打线的问题。填充胶既能够阻挡杂质从侧向进入到芯片区域，也能够包裹第一导电柱和第二导电柱，提高透光件与基板的连接强度，从而增加封装结构的整体稳定性。本申请实施例提供的制作方法包括在基板上正装感光芯片，在透光件上设置重新布线层、第一导电柱和第二导电柱，然后将透光件覆盖于感光芯片上，令第一导电柱、第二导电柱分别连接感光芯片的管脚和基板上的线路，然后填充填充胶。这样避免了打线工艺，也就避免了金属线被冲弯的问题，有利于提升产品良率，同时填充胶还进一步保护第一导电柱、第二导电柱，提高产品的稳定性。本申请实施例提供的电子设备包含了上述的芯片封装结构或者上述制作方法制备的芯片封装结构，因此也具有上述相应的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一种实施例中芯片封装结构的示意图；

图2为本申请一种实施例中芯片封装结构的制作方法的流程图；

图3至图11为本申请一种实施例中透光件相关部分的制作过程示意图；

图12为本申请一种实施例中感光芯片正装于基板的示意图；

图13为本申请一种实施例中透光件覆盖在感光芯片上的示意图；

图14为本申请一种实施例中填充胶填充完成后的示意图。

图标：010-芯片封装结构；100-基板；110-焊盘；200-感光芯片；210-管脚；220-感光区域；300-透光件；310-重新布线层；320-第一导电柱；330-第二导电柱；340-透光胶层；400-填充胶。

具体实施方式

现有的包含感光芯片的封装结构中，感光芯片正装在基板上，通过打线工艺（引线键合工艺）将芯片的管脚和基板上的线路连接起来。然后采用压力注塑方式形成塑封体，通过塑封体保护芯片打线，其注塑压力以及合模压力较大，工艺参数难卡控（模流/压力），存在溢胶/线弧冲湾/胶体堵模具等缺陷，导致产品良率下降。而且，采用现有工艺来制作图像传感器封装结构，芯片的感光区点胶，利用点胶工艺，存在胶溢胶至芯片管脚上，导致无法打线，导致影响产品封装良率。

为了改善现有技术中芯片封装结构（含有感光芯片的图像传感器封装结构）所存在的封装良率低的问题，本申请提供一种芯片封装结构、其制作方法和电子设备，采用了导电柱来连接感光芯片和基板，在基板与透光件之间设置了填充胶来保证整体结构的稳定性。并相应的采用了新的工艺，改善了封装良率低的问题。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。

图1为本申请一种实施例中芯片封装结构010的示意图。请参考图1，本实施例提供了一种芯片封装结构010，包括：

基板100，基板100上设置有线路；

正装于基板100的感光芯片200，感光芯片200背离基板100的一面设置有感光区域220；

覆盖感光芯片200的透光件300，透光件300朝向感光芯片200的一侧设置有重新布线层310；

第一导电柱320，第一导电柱320连接重新布线层310和感光芯片200的管脚210；

第二导电柱330，第二导电柱330连接重新布线层310和基板100的线路；

在本申请实施例中，透光件300与基板100之间的间隙内，以及透光件300与感光芯片200之间的间隙内均填充有填充胶，以包裹第一导电柱和第二导电柱，填充胶避让感光芯片的感光区域。

在本实施例中，利用第一导电柱320、第二导电柱330以及重新布线层310来连接感光芯片200和基板100的线路，相较于打线工艺形成的金属线，基板100和感光芯片200的连接稳定性更高。并且，利用填充胶400保护导电柱焊接区域，能够透光件300、导电柱、感光芯片200以及基板100之间的连接强度，保证透光件300、导电柱等不容易松脱。并且，填充胶400可以防止杂质从侧向进入到封装结构中，对感光芯片200产生负面的影响。可选的，填充胶400选用不透明的材料，可以防止感光区域220因反射/折射/衍射导致的重影现象。

在本实施例中，基板100上的线路可以位于基板100的表面，也可以部分设置于基板100的内部并露出一部分在基板100表面。为了便于连接导电柱，线路包括形成于基板100表面的焊盘110。

感光芯片200以正装方式贴装在基板100表面，感光芯片200的底部（图1中的下侧）可以利用银胶与基板100结合，而感光芯片200的管脚210朝上，便于与第一导电柱320连接。在本申请实施例中，感光芯片200的感光区域220用于采集光信号，以形成图像。感光区域220上覆盖有透光胶层340，透光胶层340在保证透光的情况下，也保护了感光区域220。可选的，透光胶层340的透光率在90%以上。

透光件300的材质可以是玻璃，也可以是其他透光率高且满足封装结构或者其应用的电子设备对其他性能的要求的透明材料，比如树脂、水晶等。在本实施例中，透光件300为玻璃，形状大致为板状，保证上下两个面平行。透光件300朝向感光芯片200的一面设置有重新布线层310（Redistribution Layer，RDL），第一导电柱320、第二导电柱330均连接在重新布线层310上，与重新布线层310电连接。可以理解，重新布线层310的意义在于连接第一导电柱320和第二导电柱330，因此，重新布线层310的形态可以具有多样性，可以是一条或者多条连接第一导电柱320、第二导电柱330的金属线路；也可以是一个金属片，令第一导电柱320和第二导电柱330都固定在该金属片上。重新布线层310可以采用具有良好导电性能的金属，同时兼顾与第一导电柱320、第二导电柱330的连接稳定性，比如，可以采用铜、金、银等金属；在可选的其他实施例中，重新布线层310的材质也可以不是金属，而是其他具有良好电导通性能并且方便与第一导电柱320和第二导电柱330连接的材料。

第一导电柱320和第二导电柱330的材料可以是金属，比如铜柱；也可以是其他具有良好导电性能的材料，应考虑其与重新布线层310的结合稳定性。在本实施例中，第一导电柱320和第二导电柱330为铜柱，并且，二者远离透光件300的端部是通过锡球与感光芯片200的管脚210和基板100的焊盘110焊接的。

图2为本申请一种实施例中芯片封装结构010的制作方法的流程图。本申请实施例提供的制作方法可以用于制作上述实施例提供的芯片封装结构010。通过替代传统塑封体保护线弧（打线工艺形成）方式，该芯片封装结构010的制程也更简单、成本更低、良率更高。该制作方法包括：

步骤S100，在透光件上设置重新布线层，在重新布线层上设置第一导电柱和第二导电柱。

以制作本申请实施例提供的芯片封装结构010为例，首先进行透光件300相关部分的制作。图3至图11为本申请一种实施例中透光件300相关部分的制作过程示意图。如图3至图11所示，具体的，先获取一透光件300，透光件300可选用板状的玻璃。在透光件300表面设置重新布线层310，具体可以通过以下方式实现：

在透光件300上铺设透光材料，如图3所示。该透光材料应与图1实施例中的透光胶层340的材质相同。利用激光在透光材料上开设深至透光件300的槽，并在槽底电镀金属材料形成重新布线层310，如图4所示。重新布线层310的材质可以是铜。在本实施例中，利用激光开槽时，开设的深度可以大于透光材料的厚度，从而在透光件300上形成槽体，也即是说，重新布线层310可以形成于透光件300的槽内。然后通过紫外光照射，去除透光件300上的一部分透光材料，剩下的透光材料形成用于覆盖感光芯片200的感光区域220的透光胶层340，如图5所示。可以理解，在透光材料上开槽、去除一部分透光材料的过程可以通过激光、紫外光实现，也可以通过机械去除等其他现有方式实现。可以理解，重新布线层310的具体形态可以根据所需要连接的第一导电柱320、第二导电柱330的位置来确定，在本实施例中，重新布线层310至少包括两个金属片，每个金属片用于连接一个第一导电柱320和一个第二导电柱330。由于透光胶层340需要覆盖感光芯片200的感光区域220，因此去除一部分透光材料形成透光胶层340时，需要考虑到后续匹配的感光区域220的尺寸，来设计透光胶层340的尺寸。

在重新布线层310设置完成后，需要完成第一导电柱320和第二导电柱330的制作，具体可以通过以下方式实现：

在重新布线层310上铺设光刻胶，然后在光刻胶上开槽，通过电镀工艺在槽内填充金属材料，去除光刻胶形成第一导电柱320和第二导电柱330。以先制作第一导电柱320为例，先在重新布线层310上铺设第一层光刻胶，如图6所示。然后在第一层光刻胶上开槽，通过电镀工艺在槽内填充第一导电柱320的材料，如图7所示。在本实施例中，通过电镀铜工艺填充了铜材料，形成铜柱，然后还在铜柱顶部印刷锡膏，以便形成后续用于与感光芯片200的管脚210焊接的锡球。然后去除第一层光刻胶，通过回流将锡膏形成锡球，形成了第一导电柱320，如图8所示。在本实施例中，第一导电柱320有两个，它们一同制作。参照类似的方式制作第二导电柱330，包括在重新布线层310上铺设第二层光刻胶，第二层光刻胶厚于第一层光刻胶，如图9所示；在第二层光刻胶上开槽，通过电镀工艺在槽内填充第二导电柱330的材料，去除第二层光刻胶形成第二导电柱330，第二导电柱330高于第一导电柱320，如图10、图11所示。当然，第二导电柱330的顶部也一样具有锡球。在本实施例中，去除光刻胶的方式可以利用化学清洗/显影方式实现。

在本实施例中，将第一导电柱320和第二导电柱330的高度设置为不同，是为了与感光芯片200、基板100更好地配合。因为感光芯片200贴装于基板100后，与基板100的表面存在高度差，因此需要根据此适应性地调整第一导电柱320和第二导电柱330的高度。

在本申请可选的实施例中，可以在一块较大的透光件300上一次性设置多个封装结构所需的导电柱和重新布线层310，再通过切割形成多颗适用于单个芯片封装结构010的透光件300（具有导电柱、重新布线层310）。

步骤S200，在基板上正装感光芯片，使感光芯片的感光区域位于感光芯片背离基板的一面。

图12为本申请一种实施例中感光芯片200正装于基板100的示意图。如图12所示，以制作本申请实施例提供的芯片封装结构010为例，首先获取一具有线路的基板100，然后将感光芯片200以正装的方式贴装在基板100表面。感光芯片200与基板100表面可以通过银胶来结合。在本实施例中，感光芯片200的管脚210和焊盘110之间的相对位置关系，与第一导电柱320和第二导电柱330端部的相对位置关系，应当是对应的。

在可选的一些实施例中，也可以在基板100上开槽，将感光芯片200嵌入设置在槽内，以降低封装尺寸。当然，这种情况下，需要调整第一导电柱320和第二导电柱330的长度，如果感光芯片200的上表面与基板100表面齐平，那么第一导电柱320和第二导电柱330的长度应当一致。

步骤S300，将设有重新布线层、第一导电柱和第二导电柱的透光件覆盖于感光芯片上，令第一导电柱、第二导电柱分别连接感光芯片的管脚和基板上的线路。

图13为本申请一种实施例中透光件300覆盖在感光芯片200上的示意图。如图13所示，以制作本申请实施例提供的芯片封装结构010为例，将步骤S100制作的设有重新布线层310、第一导电柱320和第二导电柱330的透光件300覆盖于感光芯片200上，并将第一导电柱320、第二导电柱330通过锡球分别焊接于感光芯片200的管脚210和基板100上的焊盘110，这样便使得感光芯片200通过第一导电柱320、重新布线层310、第二导电柱330与基板100上的线路连接。同时，透光胶层340覆盖在感光芯片200的感光区域220。

步骤S400，在透光件与基板之间的间隙内以及透光件与感光芯片之间的间隙内填充填充胶，以包裹第一导电柱和第二导电柱，并令填充胶避让感光芯片的感光区域。

图14为本申请一种实施例中填充胶400填充完成后的示意图。如图14所示，该制作方法还包括在透光件300与基板100之间的间隙内以及透光件300与芯片之间的间隙内填充填充胶400，以包裹第一导电柱320和第二导电柱330，然后固化填充胶400，得到如图14所示的结构。由于感光芯片200的感光区域220已经覆盖了透光胶层340，因此填充胶400能够自然地避让开感光区域220，不对其产生遮挡，使感光芯片200能够采集透光件300外侧射入的光线。在本实施例中，利用填充胶400包裹第一导电柱320和第二导电柱330可以保证导电柱的焊接稳定性，提高导电柱、透光件300、基板100之间的连接强度；同时也能够避免杂质侧向地进入封装结构中，对感光芯片200产生负面影响。在本实施例中，填充胶400为不透光材料，能够减少感光区域220受到非正面穿透进入的其他光线干扰，解决感光芯片200最终采集的图像出现重影的现象。最后在进行基板100背面进行植球，形成基板100背面的锡球。

为了提高制作的效率，贴装感光芯片200以及覆盖透光件300的过程可以在一个较大的基板100上进行，同时贴装多个感光芯片200，覆盖多个透光件300；基板100也预制对应多个芯片封装结构010的多组线路。在一个大的基板100上形成了多个依靠基板100相连的封装结构后，再进行切割工艺，形成单颗的芯片封装结构010。

采用了本申请实施例提供的芯片封装结构010及其制作方法，具有以下优点：

通过重新布线层310、第一导电柱320、第二导电柱330实现感光芯片200和基板100的互连，替代传统打线方式，通过简化制程工艺流程以及变更传统的工艺流程顺序（贴芯片-打线-贴透明玻璃），避免传统工艺流程中，点胶工艺中的胶体溢胶，导致无法芯片无法打线，影响封装良率。利用在透光件300上形成透光胶层340，保护感光芯片200的感光区域220，避免后续填充填充胶400时，残胶污染芯片感光区。利用填充胶400包裹第一导电柱320和第二导电柱330可以保证导电柱的焊接稳定性，提高导电柱、透光件300、基板100之间的连接强度；同时也能够避免杂质侧向地进入封装结构中，对感光芯片200产生负面影响。填充胶400为不透光材料，能够减少感光区域220受到非正面穿透进入的其他光线干扰，解决感光芯片200最终采集的图像出现重影的现象。该制作方法替代传统塑封体保护线弧方式，其制程更简单、成本更低。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括本申请提供的芯片封装结构010或者上述制作方法制得的芯片封装结构010。该电子设备可以是照相机、摄像机或者监控设备等需要采集图像的设备。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。