红外热电堆芯片的扇出型晶圆级封装结构及封装方法与流程

1.本发明属于红外热电堆芯片的封装技术领域，特别是涉及一种红外热电堆芯片的扇出型晶圆级封装结构及封装方法。


背景技术：

2.红外热电堆芯片是由热电偶构成的一种半导体结构，能对温差和电能进行相互转化，当热电堆的两边出现温差时，会产生电流，可用于测量温度。目前，它在耳式体温计、放射温度计、电烤炉、食品温度检测等领域中，作为温度检测器件获得了广泛的应用。
3.红外热电堆芯片目前普遍采用to封装形式(直插式封装)，此封装结构在前面的金属封盖前端开孔后再填补适当的红外线穿透材料。然而，此种金属晶体管封装形式工艺制程复杂，封装体积大且成本昂贵，使其应用范围受到一定限制。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种红外热电堆芯片的扇出型晶圆级封装结构及封装方法，用于解决现有技术中红外热电堆芯片采用to封装形式形成的封装结构体积较大且成本昂贵等的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种红外热电堆芯片的扇出型晶圆级封装方法，所述封装方法包括：
6.提供具有焊垫的红外热电堆芯片及透红外光的第一基底，并于所述第一基底中刻蚀出凹槽；
7.将所述红外热电堆芯片置于所述凹槽中并与所述第一基底粘合，所述红外热电堆芯片的厚度不大于所述凹槽的深度；
8.提供透红外光的第二基底，并与载有所述红外热电堆芯片的所述第一基底键合；
9.刻蚀所述第二基底，以形成裸露出所述焊垫的通孔，并于所述通孔中形成金属连接柱；
10.于所述第二基底上形成重新布线层，所述金属连接柱与所述重新布线层电连接，且所述重新布线层具有开口区，所述开口区正对所述红外热电堆芯片的感光区；
11.于所述重新布线层上形成金属凸块。
12.可选地，所述第一基底的材料为硅或锗，所述第二基底的材料为硅或锗。
13.可选地，所述第一基底的厚度介于400μm～700μm之间，所述第二基底的厚度介于400μm～700μm之间。
14.可选地，采用表面贴装工艺将所述红外热电堆芯片粘合于所述第一基底的所述凹槽中。
15.可选地，形成所述重新布线层的步骤包括：
16.采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述第二基底表面上形成介质层，并对所述介质层进行刻蚀形成图形化的介质层，其中，所述图形化的介质层具有开口区，所
述开口区正对所述红外热电堆芯片的感光区；
17.采用化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺于所述图形化的介质层表面形成金属布线层，并对所述金属布线层进行刻蚀形成图形化的金属布线层，所述金属连接柱与所述图形化的金属布线层电连接。
18.本发明还提供一种红外热电堆芯片的扇出型晶圆级封装结构，所述封装结构包括：
19.具有焊垫的红外热电堆芯片；
20.透红外光的第一基底，所述第一基底中具有凹槽，所述红外热电堆芯片置于所述凹槽中并与所述第一基底粘合，所述红外热电堆芯片的厚度不大于所述凹槽的深度；
21.透红外光的第二基底，与载有所述红外热电堆芯片的所述第一基底键合；
22.金属连接柱，贯穿所述第二基底，并与所述焊垫连接；
23.重新布线层，形成于所述第二基底上，与所述金属连接柱电连接，以实现所述焊垫的电性引出，且所述重新布线层具有开口区，所述开口区正对所述红外热电堆芯片的感光区；
24.金属凸块，形成于所述重新布线层上。
25.可选地，所述第一基底的材料为硅或锗，所述第二基底的材料为硅或锗。
26.可选地，所述第一基底的厚度介于400μm～700μm之间，所述第二基底的厚度介于400μm～700μm之间。
27.可选地，所述重新布线层包括介质层及金属布线层，所述介质层的材料包括由环氧树脂、硅胶、pi、pbo、bcb、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃组成的群组中的一种或两种以上组合；所述金属布线层的材料包括由铜、铝、镍、金、银及钛组成的群组中的一种或两种以上组合。
28.可选地，所述金属凸块包括金锡焊球、银锡焊球、铜锡焊球中的一种，或者，所述金属凸块包括铜柱，形成于铜柱上的镍层、以及形成于所述镍层上的焊球。
29.如上所述，本发明的红外热电堆芯片的扇出型晶圆级封装结构及封装方法，通过将多个红外热电堆芯片同时粘合于同一基底然后封装形成为扇出型晶圆级封装，可以同时实现多个红外热电堆芯片的封装，大大减小了封装尺寸，节约封装成本；另外，第一基底及第二基底均采用可透红外光的材料，可实现封装体的双面透光，使用时根据具体使用情况可灵活选择封装体的透光面，提高封装体的应用范围以及应用灵活性。
附图说明
30.图1～图7显示为本发明实施例二的红外热电堆芯片的扇出型晶圆级封装方法各步骤所呈现的截面结构示意图，其中，图7还显示为本发明实施例一的红外热电堆芯片的扇出型晶圆级封装结构的截面示意图。
31.元件标号说明
32.100
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红外热电堆芯片
33.101
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焊垫
34.102
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第一基底
35.103
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凹槽
36.104
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第二基底
37.105
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粘合层
38.106
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通孔
39.107
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金属连接柱
40.108
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重新布线层
41.109
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介质层
42.110
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金属布线层
43.111
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开口区
44.112
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金属凸块
45.a
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感光区
具体实施方式
46.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
47.请参阅图1至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
48.实施例一
49.如图7所示，本实施例提供一种红外热电堆芯片的扇出型晶圆级封装结构，所述封装结构包括：
50.具有焊垫101的红外热电堆芯片100；
51.透红外光的第一基底102，所述第一基底102中具有凹槽103，所述红外热电堆芯片100置于所述凹槽103中并与所述第一基底102粘合，所述红外热电堆芯片100的厚度不大于所述凹槽103的深度；
52.透红外光的第二基底104，与载有所述红外热电堆芯片100的所述第一基底102键合；
53.金属连接柱107，贯穿所述第二基底104，并与所述焊垫101连接；
54.重新布线层108，形成于所述第二基底104上，与所述金属连接柱107电连接，以实现所述焊垫101的电性引出，且所述重新布线层108具有开口区111，所述开口区111正对所述红外热电堆芯片100的感光区a，所述开口区111用于接收红外入射光线；
55.金属凸块11，形成于所述重新布线层108上。
56.本实施例的红外热电堆芯片的封装方式，通过将多个红外热电堆芯片同时粘合于同一基底然后封装实现扇出型晶圆级封装，可以同时实现多个红外热电堆芯片的封装，大大减小了封装尺寸，节约封装成本；另外，第一基底及第二基底均采用可透红外光的材料，可实现封装体的双面透光，使用时根据具体使用情况可灵活选择封装体的透光面，提高封装体的应用范围以及应用灵活性。
57.所述第一基底102及所述第二基底104可以选择任意适合的材料，只要该材料能起到支撑作用以及起到红外光的滤光效果即可。作为示例，所述第一基底102的材料可以选择为硅或锗，所述第一基底104的材料可以选择为硅或锗。本实施例中，优选选择所述第一基底102的材料为硅，所述第二基底104的材料为硅。
58.作为示例，所述第一基底102的厚度可以选择为介于400μm～700μm之间，所述第二基底104的厚度可以选择为介于400μm～700μm之间。
59.如图7所示，作为示例，所述重新布线层108包括介质层109及金属布线层110，所述介质层109的材料包括由环氧树脂、硅胶、pi、pbo、bcb、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃组成的群组中的一种或两种以上组合；所述金属布线层110的材料包括由铜、铝、镍、金、银及钛组成的群组中的一种或两种以上组合。
60.如图7所示，作为示例，所述红外热电堆芯片100的所述焊垫101的材料包括金属铝，为铝焊垫。为了提高焊垫101的电学性能及与红外热电堆芯片100的粘接性能等，还可在所述焊垫101下形成粘接层，在所述焊垫101上形成抗反射层。
61.如图7所示，作为示例，所述金属凸块112包括金锡焊球、银锡焊球、铜锡焊球中的一种，或者，所述金属凸块包括铜柱，形成于铜柱上的镍层、以及形成于所述镍层上的焊球。本实施例中优选所述金属凸块112为金锡焊球。
62.实施例二
63.本实施例提供一种红外热电堆芯片的扇出型晶圆级封装方法，采用该封装方法可以制备上述实施例一所述的红外热电堆芯片的扇出型晶圆级封装结构，但制备上述实施例一的封装结构不限于本实施例的方法，本实施例仅是示出一种制备实施例一所述红外热电堆芯片的扇出型晶圆级封装结构的较为典型的封装方法。所述封装方法包括：
64.如图1及图2所示，首先进行步骤1)，提供具有焊垫101的红外热电堆芯片100及透红外光的第一基底102，并于所述第一基底102中刻蚀出凹槽103。
65.所述第一基底102可以选择任意适合的材料，只要该材料能起到支撑作用以及起到红外光的滤光效果即可。作为示例，所述第一基底102的材料可以选择为硅或锗。本实施例中，优选选择所述第一基底102的材料为硅。
66.作为示例，所述第一基底102的厚度可以选择为介于400μm～700μm之间，所述第二基底104的厚度可以选择为介于400μm～700μm之间。
67.作为示例，所述红外热电堆芯片100中的所述焊垫101的材料包括金属铝，为铝焊垫。制备所述焊垫101时，为了提高焊垫101的电学性能及与红外热电堆芯片100的粘接性能等，还可在所述焊垫101下形成粘接层，在所述焊垫101上形成抗反射层。
68.可以采用现有常规刻蚀工艺，例如干法刻蚀或湿法刻蚀等形成所述凹槽103。由于后续所述红外热电堆芯片100会置于所述凹槽103中，所述凹槽103的尺寸参考所述红外热电堆芯片100设置，所述凹槽103的大小可以与所述红外热电堆芯片100尺寸适配，也可以稍微大于所述红外热电堆芯片100的尺寸。
69.如图2所示，然后进行步骤s2)，将所述红外热电堆芯片100置于所述凹槽103中并与所述第一基底102粘合，所述红外热电堆芯片100的厚度不大于所述凹槽103的深度。
70.作为示例，可以采用表面贴装工艺将所述红外热电堆芯片100粘合于所述第一基底102的所述凹槽103中。所述红外热电堆芯片100粘合于所述凹槽103中时，将所述红外热
电堆芯片100制作有所述焊垫101的一面朝上粘合。
71.如图3所示，接着进行步骤s3)，提供透红外光的第二基底104，并与载有所述红外热电堆芯片100的所述第一基底102键合。
72.所述第二基底104可以选择任意适合的材料，只要该材料能起到支撑作用以及起到红外光的滤光效果即可。作为示例，所述第二基底104的材料可以选择为硅或锗。本实施例中，优选选择所述第二基底104的材料为硅。
73.可以采用现有常规的键合方法实现所述第一基底102与所述第二基底104的键合，本实施例中选择在所述第一基底102表面及所述凹槽103的侧壁形成粘合层105；然后图形化所述粘合层105，以露出所述焊垫101及所述红外热电堆芯片100的感光区a；最后将所述第二基底104置于所述粘合层105上并热压以与所述第一基底102键合。
74.如图4及图5所示，接着进行步骤s4)，刻蚀所述第二基底104，以形成裸露出所述焊垫101的通孔106(如图4所示)，并于所述通孔106中形成金属连接柱107(如图5所示)。
75.所述金属连接柱107的材料包括金、银、铝、铜中的至少一种，可以预见的，所述金属连接柱107的材料不限于此，可以是其他任何低电阻值的材料。形成所述金属连接柱107的方法包括但不限于电镀、化学镀、物理气相沉积、化学气相沉积法等。
76.如图6所示，接着进行步骤s5)，于所述第二基底104上形成重新布线层108，所述金属连接柱107与所述重新布线层108电连接，且所述重新布线层108具有开口区111，所述开口区111正对所述红外热电堆芯片100的感光区a。
77.作为示例，所述重新布线层108包括介质层109及金属布线层110，所述介质层109的材料包括由环氧树脂、硅胶、pi、pbo、bcb、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃组成的群组中的一种或两种以上组合；所述金属布线层110的材料包括由铜、铝、镍、金、银及钛组成的群组中的一种或两种以上组合。
78.作为示例，形成所述重新布线层108包括以下步骤：首先采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述第二基底104上形成介质层109，并对所述介质层109进行刻蚀形成图形化的介质层109，其中，所述图形化的介质层109具有开口区111，所述开口区111正对所述红外热电堆芯片100的感光区a；然后采用化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺于所述图形化的介质层109表面形成金属布线层110，并对所述金属布线层110进行刻蚀形成图形化的金属布线层110，所述金属连接柱107与所述图形化的金属布线层110电连接。这里需要说明的是，所述介质层109及所述金属布线层110的材料、层数及分布形貌，可根据所述红外热电堆芯片100的具体情况进行设置，在此不作限制。
79.如图7所示，最后进行步骤s6)，于所述重新布线层108上形成金属凸块112。
80.作为示例，所述金属凸块112包括金锡焊球、银锡焊球、铜锡焊球中的一种，或者，所述金属凸块112包括金属柱，以及形成于所述金属柱上的焊球，较佳地，所述金属柱为铜柱或镍柱。在本实施例中，所述金属凸块112为金锡焊球，其制作步骤包括：首先于所述重新布线层108表面形成金锡层，然后采用高温回流工艺使所述金锡层回流成球状，降温后形成金锡焊球；或者采用植球工艺形成金锡焊球。
81.综上所述，本发明提供一种红外热电堆芯片的扇出型晶圆级封装结构及封装方法，通过将多个红外热电堆芯片同时粘合于同一基底然后封装形成为扇出型晶圆级封装，可以同时实现多个红外热电堆芯片的封装，大大减小了封装尺寸，节约封装成本；另外，第
一基底及第二基底均采用可透红外光的材料，可实现封装体的双面透光，使用时根据具体使用情况可灵活选择封装体的透光面，提高封装体的应用范围以及应用灵活性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
82.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。