可透光的芯片封装结构及制作方法与流程

1.本发明涉及芯片封装技术领域，特别涉及一种可透光的芯片封装结构及制作方法。


背景技术：

2.目前传统的光线传感器、图像传感器封装通常采用引线键合的方式进行封装，并在传感器芯片上方安装透明盖来实现对传感器芯片的透光及密封保护。但上述结构存在有一些问题，比如形成的芯片封装结构的散热性能比较差，影响了传感器芯片的成像性能，另外传统的光线传感器封装过程中的工艺比较繁琐。
3.随着器件的小型化需求，倒装芯片成为趋势，但在常规的倒装芯片封装结构中，芯片的功能面朝下，由于基板的阻挡，光线无法传达，不适合用于光线传感器、图像传感器芯片。
4.为此，有人曾提出了一种基于倒装图像传感器芯片的封装结构，请参考图1，包括：基板1，所述基板1上开有透窗3，在基板1的正面和背面均设有布线结构2且相互电连接；倒置的图像传感器芯片4贴装在基板1的背面，且图像传感器芯片4的功能面朝向透窗3；图像传感器芯片4与所在面上的布线结构6电连接；玻璃5固定在基板1的正面且完全覆盖住透窗3；热沉10通过散热胶粘接在图像传感器芯片4的背面；无源器件7和图像传感器驱动芯片8贴装在基板1正面透窗3以外的部位，并与正面的布线结构2电连接；基板1背面布线结构2所在区域植有bga焊球9，bga焊球9电连接布线结构2。
5.但上述结构存在以下三个问题：1、图像传感器芯片4的背面外露，不利于芯片和连接的可靠性；2、上述结构不适合晶圆级封装，只能单个进行封装，uph低，成本高；3、由于bga焊球9只能连接在图像传感器芯片4的周边，使得支持的i/o数量比较少。


技术实现要素：

6.本发明为了克服现有技术的不足，提供一种可透光的芯片封装结构及制作方法。
7.为了实现上述目的，一种可透光的芯片封装结构，包括：
8.透明载板；
9.位于所述透明载板表面的第一再布线层，所述第一再布线层具有暴露出所述透明载板的芯片封装窗口，所述第一再布线层表面形成有芯片连接结构和第一导电柱；
10.安装在所述第一再布线层表面的芯片结构，所述芯片结构的正面透过所述芯片封装窗口朝向所述透明载板，所述芯片结构通过所述芯片连接结构与所述第一再布线层电连接；
11.位于所述芯片结构背面和所述第一再布线层表面的封装材料层；
12.位于所述封装材料层表面的第二再布线层，所述第二再布线层作为所述芯片封装结构的基板，所述第二再布线层通过所述第一导电柱与所述第一再布线层电连接。
13.可选的，所述芯片结构为图像传感器芯片或光线传感器芯片。
14.可选的，所述芯片结构的数量为一个或多个，对应的，芯片封装窗口的数量为一个或多个。
15.可选的，所述第二再布线层的表面形成有外接焊球。
16.可选的，所述芯片结构包括正面和背面，所述芯片结构的正面包括功能区和位于功能区外围的电连接区，所述功能区与所述第一再布线层的芯片封装窗口相对应，所述芯片结构的电连接区与第一再布线层的芯片连接结构相连，以实现所述芯片结构与所述第一再布线层电连接。
17.可选的，所述芯片封装窗口的尺寸小于所述芯片结构的尺寸，且通过控制所述芯片封装窗口的尺寸自由调节进光量。
18.本发明实施例提供了一种可透光的芯片封装结构的制作方法，包括：
19.提供透明载板，在所述透明载板表面形成第一再布线层，所述第一再布线层具有暴露出所述透明载板的芯片封装窗口，所述第一再布线层表面形成有第一导电柱和芯片连接结构；
20.提供芯片结构，将所述芯片结构安装在所述第一再布线层表面，并通过所述芯片连接结构与所述第一再布线层电连接，所述芯片结构的正面透过芯片封装窗口朝向所述透明载板；
21.在所述第一再布线层表面和所述芯片结构的背面表面形成封装材料层，并对所述封装材料层进行研磨，暴露出所述第一导电柱；
22.在所述封装材料层表面形成第二再布线层，所述第二再布线层作为芯片封装结构的基板，所述第二再布线层通过所述第一导电柱与所述第一再布线层电连接。
23.可选的，还包括，在所述第二再布线层的表面形成外接焊球。
24.可选的，采用晶圆级封装工艺，形成所述外接焊球后对所形成的芯片封装结构进行切割，形成单个的芯片封装结构。
25.可选的，所述芯片结构包括正面和背面，所述芯片结构的正面包括功能区和位于功能区外围的电连接区，所述功能区与所述第一再布线层的芯片封装窗口相对应，所述芯片结构的电连接区与第一再布线层的芯片连接结构相连，以实现所述芯片结构与所述第一再布线层电连接。
26.可选的，形成所述第一再布线层时，所述芯片封装窗口的尺寸小于所述芯片结构的尺寸，通过控制所述芯片封装窗口的尺寸自由调节进光量。
27.可选的，所述芯片结构的数量为一个或多个，对应的，所述芯片封装窗口的数量为一个或多个。
28.综上所述，本发明的有益效果在于：
29.本发明的可透光的芯片封装结构在透明载板表面形成第一再布线层，所述第一再布线层具有暴露出所述透明载板的芯片封装窗口，在对应的芯片封装窗口安装有芯片结构，所述芯片结构的正面朝向所述透明载板，在所述芯片结构背面和所述第一再布线层表面形成有封装材料层；在所述封装材料层表面形成有第二再布线层，所述第二再布线层作为芯片封装结构的基板。由于所述第二再布线层作为芯片封装结构的基板，第二再布线层表面形成的外接焊球可以覆盖整个芯片封装结构的背面，使得芯片支持的i/o数量大大增加。同时本发明的芯片封装结构适用于晶圆级封装工艺，uph高，封装结构的制作成本低。且
本发明通过形成所述封装材料层并进行研磨，为后续的第二再布线层的形成提供了平整表面，并通过封装材料层和上下的第一再布线层、第二再布线层将芯片结构封装在内部，使得芯片结构不会受到外部的挤压、水汽等影响，有利于提高芯片和连接的稳定性和可靠性。
30.为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
31.图1为现有技术的基于倒装图像传感器芯片的封装结构的剖面结构示意图；
32.图2为本发明实施例的一种可透光的芯片封装结构的制作方法的流程示意图；
33.图3～图7为本发明实施例的一种可透光的芯片封装结构的制作流程的剖面结构示意图；
34.图8为本发明实施例的一种可透光的芯片封装结构的剖面结构示意图。
具体实施方式
35.为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
36.本发明实施例首先提供了一种可透光的芯片封装结构的制作方法，请参考图2，为所述制作方法的流程示意图，包括：
37.步骤s100，提供透明载板，在所述透明载板表面形成第一再布线层，所述第一再布线层具有暴露出所述透明载板的芯片封装窗口，所述第一再布线层表面形成有第一导电柱和芯片连接结构；
38.步骤s200，提供芯片结构，将所述芯片结构安装在所述第一再布线层表面，并通过所述芯片连接结构与所述第一再布线层电连接，所述芯片结构的正面透过所述芯片封装窗口朝向透明载板；
39.步骤s300，在所述第一再布线层表面和所述芯片结构的背面表面形成封装材料层，并对所述封装材料层进行研磨，暴露出所述第一导电柱；
40.步骤s400，在所述封装材料层表面形成第二再布线层，所述第二再布线层作为芯片封装结构的基板，所述第二再布线层通过所述第一导电柱与所述第一再布线层电连接。
41.具体的，执行步骤100，请参考图3，提供透明载板10。所述透明载板可以为玻璃载板，也可以为其他透明的硬载板，后续在所述透明载板表面形成第一再布线层。
42.因为本实施例采用的是晶圆级封装工艺，先利用透明载板在其表面形成若干芯片封装结构，对所形成的芯片封装结构进行切割，形成单个的芯片封装结构，整个封装过程uph高，成本低。
43.在本实施例中，先在所述透明载板10表面形成第一再布线层20，所述第一再布线层20包括多个芯片封装结构对应的多个再布线层(未图示)，每一个芯片封装结构对应的第一再布线层20的形成有芯片封装窗口21并暴露出底部的透明载板10。
44.在其他实施例中，所述第一再布线层也可以仅仅为单个的芯片封装结构对应的再布线层。
45.所述芯片封装窗口21的尺寸小于后续进行封装的芯片结构的尺寸，使得芯片结构
可以固定在所述芯片封装窗口21周围的第一再布线层20上，且通过合理调节所述芯片封装窗口的尺寸可以自由调节进光量，优化芯片结构的感光性能。
46.在本实施例中，所述芯片封装窗口21的数量为1个，位于一个芯片封装结构对应的第一再布线层20的中间位置。在其他实施例中，一个芯片封装结构对应的第一再布线层具有多个芯片封装窗口，对应用于封装多个芯片结构，所述芯片封装窗口的位置可以根据设计需求相应调整。
47.在本实施例中，所述第一再布线层20表面还形成有第一导电柱23和芯片连接结构22。
48.所述芯片连接结构22用于与后续进行封装的芯片结构进行固定和电连接。所述芯片连接结构22为焊盘、焊锡球或金属柱。
49.所述芯片连接结构22位于第一再布线层20靠近芯片封装窗口21的位置，所述第一导电柱23位于芯片连接结构22的外围，使得所述芯片结构可以固定安装在芯片封装窗口对应的位置。所述芯片连接结构22的数量可以根据芯片的i/o数量对应调整。现有技术的基于倒装图像传感器芯片的封装结构中，封装结构总的尺寸由图像传感器芯片的功能区域、图像传感器芯片边缘的连接区域和bga焊球区域三部分组成，由于受限于图像传感器芯片的功能区域的尺寸和整体的封装结构的尺寸，用于互连的bga焊球区域尺寸受限，使得支持的i/o数量比较少。
50.但在本发明实施例中，封装结构总的尺寸由图像传感器芯片的功能区域、图像传感器芯片边缘的连接区域(即芯片连接结构)和第一导电柱三部分组成，芯片连接结构和第一导电柱所占用的面积较小，使得整体的封装结构总的尺寸较小可控，且后续可以在整个第二再布线层表面形成外接焊球，不再局限于封装结构的尺寸，使得支持的i/o数量能够大幅提高。
51.所述第一导电柱23用于与后续形成的第二再布线层进行电连接。在本实施例中，所述第一导电柱23为铜柱，在其他实施例中，所述第一导电柱23还可以为其他互连结构。所述第一导电柱23的高度大于待封装的芯片结构的厚度。在本实施例中，所述第一导电柱在安装芯片结构之前形成，在其他实施例中，所述第一导电柱也可以在安装芯片结构之后形成，或在形成封装材料层后在封装材料层形成第一导电柱。
52.执行步骤200，请参考图4，提供芯片结构30，将所述芯片结构30安装在所述第一再布线层20表面，并通过所述芯片连接结构22与所述第一再布线层20电连接，所述芯片结构30的正面透过所述芯片封装窗口21朝向所述透明载板10。
53.所述芯片结构30为图像传感器芯片或光线传感器芯片，所述光线传感器可以为透射型光学传感器、光学测量传感器、光学鼠标传感器、反射型光学传感器等其中的一种。
54.所述芯片结构30包括正面和背面，所述芯片结构的正面包括功能区和位于功能区外围的电连接区，所述芯片结构的电连接区与第一再布线层20的芯片连接结构22相连，以实现芯片结构30与第一再布线层20的固定和电连接。
55.所述芯片结构正面的功能区与所述芯片封装窗口21相对应，且朝向所述透明载板10，所述芯片结构正面的功能区具有光线传感单元，用于将光信号转化为电信号，外界光可以透过透明载板10直接照射到芯片结构30的功能区表面，形成电信号。
56.执行步骤s300，请参考图5和图6，在所述第一再布线层20表面和芯片结构30的背
面表面形成封装材料层40，且所述封装材料层40的厚度大于第一导电柱23的高度。对所述封装材料层40进行研磨，暴露出所述第一导电柱23。
57.所述封装材料层40为封装树脂材料，例如为环氧树脂、聚酰亚胺、苯并环丁烯以及聚苯并恶矬等其中的一种。
58.本发明通过形成所述封装材料层40并进行研磨，为后续的第二再布线层的形成提供了平整表面。
59.本发明通过封装材料层40和上下的第一再布线层20、第二再布线层40将芯片结构30封装在内部，使得芯片结构不会受到外部的挤压、水汽等影响，有利于提高芯片和连接的稳定性和可靠性。
60.执行步骤s400，请参考图7，在所述封装材料层40表面形成第二再布线层50，在所述第二再布线层50表面形成外接焊球55，所述第二再布线层50作为芯片封装结构的基板。
61.在本实施例中，通过所述第一导电柱23，使得第一再布线层20、第二再布线层50电学连接，通过两个再布线层进行布线，使得芯片的i/o设置可以更加灵活。
62.由于所述外接焊球55可以设置在第二再布线层50的整个表面，即可以设置在可透光的芯片封装结构的整个背面，因此所述芯片封装结构所支持的i/o数量能够大幅提高，能适用更多类型的图像传感器芯片或光线传感器芯片。
63.在本实施例中，通过设置第二再布线层50，一方面利用第二再布线层作为芯片封装结构的基板，不需要额外再形成载板，且所述芯片封装结构的两个表面分别采用透明载板和第二再布线层，整体的机械强度可以达到封装要求，另一方面通过两个再布线层进行布线，使得外接焊球55的数量可以大幅提升，提高了芯片的i/o数量。
64.由于本实施例采用晶圆级封装工艺，形成上述工艺后，对所形成的若干个芯片封装结构进行切割，形成单个的芯片封装结构。
65.在其他实施例中，当所述芯片封装结构采用单独封装时，形成外接焊球后即完成了芯片封装结构的制作。
66.基于上述制作方法，本发明实施例还提供了一种可透光的芯片封装结构，请参考图8，包括：透明载板10；位于所述透明载板10表面的第一再布线层20，所述第一再布线层20具有暴露出所述透明载板20的芯片封装窗口21，所述第一再布线层20表面形成有第一导电柱23和芯片连接结构22；
67.安装在所述第一再布线层20表面的芯片结构30，所述芯片结构30的正面透过所述芯片封装窗口21朝向所述透明载板10，所述芯片结构30通过所述芯片连接结构22与所述第一再布线层20电连接；
68.位于所述芯片结构30背面和所述第一再布线层20表面的封装材料层40；
69.位于所述封装材料层40表面的第二再布线层50，所述第二再布线层50作为芯片封装结构的基板，所述第二再布线层50通过所述第一导电柱23与第一再布线层20电连接；
70.位于所述第二再布线层50表面的外接焊球55。
71.所述芯片结构30为图像传感器芯片或光线传感器芯片，所述光线传感器可以为透射型光学传感器、光学测量传感器、光学鼠标传感器、反射型光学传感器等其中的一种。
72.所述芯片结构30包括正面和背面，所述芯片结构的正面包括位于功能区和位于功能区外围的电连接区，所述功能区与第一再布线层的所述芯片封装窗口21相对应，所述芯
片结构的电连接区与第一再布线层20的芯片连接结构22相连，以实现芯片结构30与第一再布线层20的固定和电连接。
73.所述第一再布线层20的芯片封装窗口21的尺寸小于芯片结构20的尺寸，且通过控制芯片封装窗口21的尺寸可以自由调节进光量，以适应不同的芯片结构20。
74.安装在一个第一再布线层表面的芯片结构的数量为一个或多个，对应的，所述芯片封装窗口的数量为一个或多个。
75.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。