一种芯片的制作方法

1.本实用新型涉及芯片封装技术领域，尤其涉及一种芯片。


背景技术：

2.芯片(chip)的制备过程包括裸芯片(die)的制备和封装，以及芯片测试等阶段，通过对裸芯片进行封装实现对裸芯片的保护。
3.目前常用的封装方式包括塑封，即利用塑封料将裸芯片包裹起来，并加热硬化，形成裸芯片的外壳，以保护裸芯片免受外界环境的污染。
4.但是，对于诸如图像传感器之类的具有感光功能的芯片而言，需要对塑料外壳进行研磨，以露出裸芯片上方覆盖的玻璃盖板，使裸芯片的感光功能区能够接收外界光线。研究发现，研磨过程中玻璃盖板容易受到机械应力而出现裂片，影响感光区成像，进而影响芯片的性能可靠性。此外，对于塑封器件而言，水汽可通过塑封料包装层本体以及塑封料包装层本体与其他结构之间的间隙渗入芯片，是导致器件的气密性失效的重要原因之一，如何延缓水汽渗入，延长芯片寿命，同样是亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种芯片，以解决上述问题，提高芯片的性能可靠性，延长芯片寿命。
6.本实用新型提供的芯片包括：
7.基板；
8.裸芯片，固定于基板上；裸芯片包括感光功能区；
9.支撑结构，位于裸芯片远离基板的一侧，且围绕感光功能区设置；
10.透明盖板，位于支撑结构远离裸芯片的一侧，且覆盖感光功能区；
11.保护框架；保护框架包括相互连接的第一保护分部和第二保护分部，第一保护分部所在平面与第二保护分部所在平面相交，第二保护分部远离第一保护分部的一端固定于基板上，第一保护分部包括通光孔和第二子分部，第二子分部围绕通光孔，通光孔在基板上的正投影位于透明盖板在基板上的正投影内，第二子分部靠近通光孔的一端与透明盖板的边缘搭接；
12.塑封料，塑封料填充于保护框架与基板之间的容纳空间内，以及覆盖第二保护分部远离裸芯片一侧的表面。
13.可选地，支撑结构在基板上的正投影位于透明盖板在基板上的正投影内，透明盖板在基板上的正投影位于裸芯片在基板上的正投影内。
14.可选地，第二保护分部包括至少两个相互分离的第三子分部，各第三子分部均匀分布于透明盖板、支撑结构以及裸芯片的侧面。
15.可选地，该芯片还包括：
16.粘接层，粘接于裸芯片与基板之间；
17.连接结构，电连接于裸芯片的焊盘与基板的焊盘之间；
18.外接引脚，位于基板的第一表面以外的表面上；第一表面为基板靠近裸芯片的表面。
19.本实用新型实施例提供的芯片，基板上设置有如下保护框架：保护框架包括相互连接的第一保护分部和第二保护分部，第一保护分部所在平面与第二保护分部所在平面相交，第二保护分部远离第一保护分部的一端固定于基板上，第一保护分部包括通光孔和第二子分部，第二子分部围绕通光孔，通光孔在基板上的正投影位于透明盖板在基板上的正投影内，第二子分部靠近通光孔的一端与透明盖板的边缘搭接，如此，由于保护框架中只有第二子分部靠近通光孔的一端与透明盖板的边缘搭接，从而可以利用保护框架阻止在制备过程中去除塑封料时机械应力对透明盖板的损伤，降低对裸芯片的感光功能区的成像影响，提高芯片的性能可靠性，同时不会影响感光功能区对外界光线的接收；此外，通过保护框架可以进一步增加水汽进入芯片内部的路径，减少进入封装体的水汽，从而可以延长芯片的使用寿命。
20.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。
22.图1是本实用新型实施例提供的一种裸芯片的封装方法的流程示意图；
23.图2是与图1所示封装方法对应的封装流程图；
24.图3是本实用新型实施例提供的另一种裸芯片的封装方法的流程示意图；
25.图4-图15是与图3所示封装方法对应的封装流程图；
26.图16是本实用新型实施例提供的一种芯片的结构示意图；
27.图17是本实用新型实施例提供的芯片中保护框架的结构示意图之一；
28.图18是本实用新型实施例提供的芯片中保护框架的结构示意图之二。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
30.图1是本实用新型实施例提供的一种裸芯片的封装方法的流程示意图，图2是与图1所示封装方法对应的封装流程图，该封装方法适用于对具有感光功能区的裸芯片进行封装，封装后可得到图像传感器之类的具有感光功能的芯片。结合图1和图2所示，该封装方法
包括如下步骤：
31.s101、在裸芯片上形成围绕感光功能区的支撑结构。
32.参见图2中(a)所示，该裸芯片11包括感光功能区111。具体的，感光功能区111通常设置有阵列排布的光电转换器件，当外界光线照射至感光功能区111后，各光电转换器件可将其接收的光信号转换为电信号，基于该电信号以及一定的软件算法，即可实现诸如成像、测距等功能。本实用新型实施例对裸芯片11的具体结构和用途不作限定，凡是包括感光功能区111的裸芯片11均可使用本实用新型实施例的技术方案进行封装。
33.继续参见图2中(a)所示，感光功能区111的周围形成有支撑结构12，支撑结构12主要用于形成环绕感光功能区111的空间，为后续支撑透明盖板以及阻隔塑封料与感光功能区111接触做准备。
34.示例性的，支撑结构12的材料可以为干膜。干膜的结构较薄，利用干膜形成支撑结构12，可以降低封装结构的厚度，有利于芯片的薄型化设计；此外，干膜的热膨胀系数较低，在形成支撑结构12时可以保持稳定的结构，避免对感光功能区111造成污染。
35.支撑结构12的形状具体是与感光功能区111形状一致的环形。示例性的，当感光功能区111的俯视形状为圆形时，支撑结构12的俯视形状则为圆环形。
36.s102、提供基板，并将裸芯片固定于基板上。
37.如图2中(b)所示，裸芯片11固定于基板13上，并且，支撑结构12位于裸芯片11远离基板13的一侧。
38.具体的，基板13一方面用于支撑裸芯片11，另一方面，基板13上包括焊盘(图2中(b)未示出)，基板13的焊盘用于与裸芯片11的焊盘形成电气连接，后续通过在基板13上形成外接引脚，即可实现裸芯片11与印刷电路板上其他电路器件的电连接，后续对此做详细说明。
39.s103、在支撑结构远离基板的一侧形成透明盖板。
40.如图2中(c)所示，透明盖板14位于支撑结构12远离基板13的一侧，并且，透明盖板14覆盖感光功能区111。
41.具体的，透明盖板14用于保护感光功能区111，透明盖板14与支撑结构12可构成包围感光功能区111的密闭空间，后续可阻隔塑封料与感光功能区111直接接触。示例性的，透明盖板14可以采用透明玻璃，保证感光功能区111对外界光线的接收。
42.s104、在基板上形成保护框架。
43.如图2中(d)所示，保护框架15形成于基板13之上。具体的，保护框架15包括相互连接的第一保护分部151和第二保护分部152，第一保护分部151在基板13上的正投影覆盖裸芯片11在基板13上的正投影，第一保护分部151所在平面与第二保护分部152所在平面相交，且第二保护分部152远离第一保护分部151的一端固定于基板13上；第一保护分部151包括第一子分部1511和第二子分部1512，第二子分部1512围绕第一子分部1511，第一子分部1511在基板13上的正投影位于透明盖板14在基板13上的正投影内，第一子分部1511与透明盖板14之间存在间隙，第二子分部1512靠近第一子分部1511的一端与透明盖板14的边缘搭接。
44.后续对保护框架15的作用进行说明。值得注意的是，本实施例中，为进行后续的塑封工艺，第二保护分部152未全包围裸芯片11。
45.s105、采用塑封料对基板靠近裸芯片的一侧进行塑封。
46.如图2中(e)所示，塑封工艺完成后，塑封料16填充于保护框架15与基板13之间的容纳空间内，且覆盖保护框架15的外表面。保护框架15的外表面即第一保护分部151远离基板13一侧的表面，以及第二保护分部152远离裸芯片11一侧的表面。
47.具体的，如图2中(e)所示，在进行塑封之前，需要将裸芯片11的焊盘与基板13的焊盘进行电气连接，例如可以利用金属线(如图2中(e)所示加粗弧线)将裸芯片11的焊盘与基板13的焊盘电连接。通过将塑封料16填充于保护框架15与基板13之间的容纳空间内，可以利用塑封料16对基板13上的线路进行保护，提高芯片的可靠性。在塑封时控制塑封料16覆盖保护框架15的外表面，可以保证塑封的完成度，避免保护框架15与基板13的容纳空间内存在未填充塑封料16的区域。
48.示例性的，塑封料16可以选用环氧树脂，在填充环氧树脂后可以进行高温氧化处理，以使塑封料16固化成型。
49.s106、去除第一保护分部远离基板一侧的塑封料，以及去除第一子分部，形成通光孔。
50.对比图2中(e)和(f)所示，第一保护分部151远离基板13一侧的塑封料16被去除，且第一子分部1511被去除，形成了通光孔1510，如此，可以露出透明盖板14，保证感光功能区111对光线的接收。可以理解的，通光孔1510所在位置，即第一子分部1511所在位置。
51.示例性的，塑封料16可以采用研磨的方式去除。第一子分部1511可以采用研磨的方式去除，也可以采用其他方式去除，本实用新型实施例对此不作限定。对比图2中(d)和(f)所示，若采用研磨方式去除第一子分部1511，第二子分部1512将随之减薄。图2中(f)以标识15’表示去除第一子分部1511后的保护框架。
52.本实施例中，保护框架15主要具备两个作用：其一，由于第一保护分部151中，第一子分部1511与透明盖板14之间存在间隙，只有第二子分部1512靠近第一子分部1511的一端与透明盖板14的边缘搭接，因此，保护框架15与透明盖板14的接触面积很小，如此，在研磨过程中，保护框架15可以有效阻止机械应力对透明盖板14的损伤，从而可以降低对感光功能区111的成像影响，提高芯片的性能可靠性，此外，后续只需要将第一子分部1511去除，即可露出透明盖板14，保证感光功能区111对光线的接收；同理，由于保护框架15与透明盖板14的接触面积很小，因此，在去除第一子分部1511的过程中，保护框架15也可以阻止对透明盖板14的损伤。其二，在去除第一子分部1511后，保护框架15中剩余的第二子分部1512和第二保护分部152仍可以增加水汽进入芯片内部的路径，从而可以减少进入封装体的水汽，延长芯片的使用寿命。
53.示例性的，保护框架15可以由金属材料制成，如此可以有效保护透明盖板14，同时有效减少其所在区域的水汽的渗入。当然，保护框架15也可以由其他合适的材料制成，本实用新型实施例对此不作限定。
54.综上，本实用新型实施例的技术方案，通过在形成透明盖板之后，在基板上形成如下保护框架：保护框架包括相互连接的第一保护分部和第二保护分部，第一保护分部在基板上的正投影覆盖裸芯片在基板上的正投影，第一保护分部所在平面与第二保护分部所在平面相交，且第二保护分部远离第一保护分部的一端固定于基板上，第一保护分部包括第一子分部和第二子分部，第二子分部围绕第一子分部，第一子分部在基板上的正投影位于
透明盖板在基板上的正投影内，第一子分部与透明盖板之间存在间隙，第二子分部靠近第一子分部的一端与透明盖板的边缘搭接，并在进行塑封之后，去除第一保护分部远离基板一侧的塑封料，以及去除第一子分部，形成通光孔，如此，由于第一子分部与透明盖板之间具有间隙，只有第二子分部靠近第一子分部的一端与透明盖板的边缘搭接，从而可以利用保护框架阻止在去除塑封料和第一子分部的过程中对透明盖板的损伤，降低对裸芯片的感光功能区的成像影响，提高芯片的性能可靠性，同时不会影响感光功能区对外界光线的接收；此外，通过保护框架中剩余的第二子分部和第二保护分部，可以进一步增加水汽进入芯片内部的路径，减少进入封装体的水汽，从而可以延长芯片的使用寿命。
55.在上述实施例的基础上，图3是本实用新型实施例提供的另一种裸芯片的封装方法的流程示意图，图4-图15是与图3所示封装方法对应的封装流程图，图3在上述实施例对本技术核心实用新型点的描述的基础上，对裸芯片11的封装方法做了进一步补充说明，与上述实施例相同之处在此不做过多赘述。参见图3，该封装方法具体可以包括如下步骤：
56.s201、提供晶圆，并在晶圆上形成支撑层。
57.参见图4，晶圆21上形成有支撑层22。
58.s202、图案化支撑层形成多个支撑结构。
59.参见图5，通过图案化支撑层22可以得到多个支撑结构12，各个支撑结构12均围绕不同的感光功能区111设置。
60.可以理解的，晶圆21上包括多个裸芯片11，通过切割晶圆21可以得到多个裸芯片11。相比于在切割得到多个裸芯片11后，再在各个裸芯片11上形成支撑结构12，本实施例通过在晶圆21上先形成支撑层22，再图案化支撑层22得到多个支撑结构12，可以简化工艺步骤，降低实施难度，使该步骤实现系统级封装。
61.示例性的，如上所述，支撑层22可以采用干膜，具体可以采用光敏性干膜，此时，可以通过光刻工艺对支撑层22进行图案化。
62.s203、对晶圆远离支撑结构的一侧进行减薄。
63.对比图5和图6，晶圆21远离支撑结构12的一侧被减薄。图6以标识21’表示减薄后的晶圆。示例性的，减薄后的晶圆21’的厚度可以约为200μm。通过对晶圆21进行减薄，可以减小芯片的最终厚度，有利于芯片的薄型化设计。
64.s204、在减薄后的晶圆远离支撑结构的一侧形成粘接层。
65.参见图7，晶圆21’远离支撑结构12的一侧形成有粘接层23。粘接层23用于后续粘接晶圆21和基板。参照上文描述，通过在晶圆21’上形成粘接层23，相比于在裸芯片11上形成粘接层23，可以简化工艺步骤，降低实施难度，使该步骤实现系统级封装。
66.示例性的，粘接层23可以采用daf膜(die attach film，晶片粘接薄膜)。daf膜是在芯片封装过程中常用到的关键材料。daf膜通常包括第一胶面、第二胶面和中间高导热层，中间高导热层包括支撑体，用于防止芯片发生倾斜。daf膜用于在芯片封装过程中镭射切割时，裸芯片11可一起切割与分离，使切割完后的裸芯片11，都还可粘着在daf膜上，不会因切割而造成散乱排列。此外，裸芯片11粘接过程中，通过吸嘴吸片后，可以通过daf膜粘接在基板上。
67.s205、切割晶圆。
68.参见图7和图8，沿图7中的虚线切割晶圆21’后，可以得到形成有支撑结构12以及
粘接层23’的裸芯片11。图8以标识23’标识切割后的粘接层。
69.s206、提供基板，并将裸芯片固定于基板上。
70.参见图9，裸芯片11通过粘接层23’粘接在基板13上，实现固定。
71.s207、形成连接结构，将裸芯片的焊盘与基板的焊盘电气连接。
72.参见图10，连接结构24可以为金属线，通过金属线可以将裸芯片11的焊盘112与基板13的焊盘131电气连接。当然，裸芯片11的焊盘112和基板13的焊盘131也可以通过其他方式实现电气连接，本实用新型实施例对此不作限定。示例性的，在其他实施例中，可以利用硅穿孔(through-silicon vias，tsv)技术实现裸芯片11的焊盘112与基板13的焊盘131的垂直电互连。
73.s208、在支撑结构远离基板的一侧形成透明盖板。
74.参见图11，支撑结构12远离基板13的一侧形成有透明盖板14。
75.可选地，透明盖板14在基板13上的正投影面积小于裸芯片11在基板13上的正投影面积，如此，可以避免透明盖板14与金属线接触，进而避免影响裸芯片11的焊盘112与基板13的焊盘131电气连接的稳定性。
76.此外，当透明盖板14在基板13上的正投影面积小于裸芯片11在基板13上的正投影面积时，裸芯片11上的焊盘112可以露出，此时，可以互换s207和s208的顺序，即先形成透明盖板14，再进行裸芯片11的焊盘112与基板13的焊盘131的电气连接。本实用新型实施例仅以先进行裸芯片11的焊盘112与基板13的焊盘131的电气连接，再形成透明盖板14为例进行示意。
77.s209、在基板上形成保护框架。
78.参见图12，基板13上形成有保护框架15。保护框架15的具体结构和作用，在此不再赘述。
79.s210、采用塑封料对基板靠近裸芯片的一侧进行塑封。
80.参见图13，塑封后，塑封料16填充于保护框架15与基板13之间的容纳空间内，且覆盖保护框架15的外表面。
81.s211、采用研磨工艺去除第一保护分部远离基板一侧的塑封料，以及去除第一子分部，形成通光孔。
82.参见图13和图14，第一保护分部远离基板13一侧(即保护框架15上方)的塑封料被去除，同时，第一子分部被去除，形成通光孔1510。
83.通光孔1510所在位置即第一子分部所在位置，去除第一子分部即可形成该通光孔1510。可以理解的，采用研磨工艺去除第一子分部时，第一保护分部将整体减薄，图14以标识15’表示经过研磨去除第一子分部后的保护框架。
84.s212、在基板的第一表面以外的表面上形成外接引脚；第一表面为基板靠近裸芯片的表面。
85.参见图15，基板13的第一表面f1的对立面，即基板13远离裸芯片11一侧的表面上形成有外接引脚25。至此，裸芯片11的封装完成，得到一颗芯片成品。后续可以对芯片性能进行测试。
86.具体的，外接引脚25与基板13的焊盘131电连接，从而可以与裸芯片11的焊盘112电连接，通过将外接引脚25焊接在印刷电路板上，可以通过印刷电路板上的线路实现芯片
与其他电路器件的电连接。
87.示例性的，参见图15，可以在基板13远离裸芯片11一侧的表面通过植球的方式，形成外接引脚25。当然，也可以采用其他技术形成外接引脚25，本实用新型实施例对此不作限定。示例性的，在其他实施例中，可以采用bga(ball grid array package，球栅阵列封装)技术或qfn(quad flat no-lead package，方形扁平无引脚封装)技术。
88.基于同一构思，本实用新型实施例还提供了一种芯片，该芯片可采用上述任一实施例所述的封装方法封装得到。图16是本实用新型实施例提供的一种芯片的结构示意图，如图16所示，该芯片300包括基板310、裸芯片320、支撑结构330、透明盖板340、保护框架350和塑封料360，其中，裸芯片320固定于基板310上；裸芯片320包括感光功能区321；支撑结构330位于裸芯片320远离基板310的一侧，且围绕感光功能区321设置；透明盖板340位于支撑结构330远离裸芯片320的一侧，且覆盖感光功能区321；保护框架350包括相互连接的第一保护分部351和第二保护分部352，第一保护分部351所在平面与第二保护分部352所在平面相交，第二保护分部352远离第一保护分部351的一端固定于基板310上，第一保护分部351包括通光孔3511和第二子分部3512，第二子分部3512围绕通光孔3511，通光孔3511在基板310上的正投影位于透明盖板340在基板310上的正投影内，第二子分部3512靠近通光孔3511的一端与透明盖板340的边缘搭接；塑封料360填充于保护框架350与基板310之间的容纳空间内，以及覆盖第二保护分部352远离裸芯片320一侧的表面。
89.由于本实用新型实施例提供的芯片可采用上述任一实施例所述的封装方法封装得到，因而与上述封装方法具有相同的有益效果，可以通过保护框架350的设置，保护透明盖板340不受研磨过程中机械应力的损伤，防止透明盖板340裂片，从而降低对感光功能区321的成像影响，提高芯片的性能可靠性，同时还可以利用保护框架增加水汽进入芯片内部的路径，减少进入封装体的水汽，延长芯片的使用寿命。
90.参见图16，可选地，支撑结构330在基板310上的正投影位于透明盖板340在基板310上的正投影内，如此可使支撑结构330对透明盖板340提供有力支撑。此外，可选地，透明盖板340在基板310上的正投影位于裸芯片320在基板310上的正投影内，如此，可以避免因透明盖板340与金属线(如标识380)接触，影响裸芯片320的焊盘与基板310的焊盘电气连接的稳定性。此外，当透明盖板340在基板310上的正投影面积小于裸芯片320在基板310上的正投影面积时，裸芯片320上的焊盘可以露出，此时，封装工序的调整可以更加灵活。
91.继续参见图16，该芯片300还包括粘接层370、连接结构380和外接引脚390，其中，粘接层370粘接于裸芯片320与基板310之间；连接结构380电连接于裸芯片320的焊盘与基板310的焊盘之间；外接引脚390位于基板310的第一表面f1以外的表面上；第一表面f1为基板310靠近裸芯片320的表面。
92.需要说明的是，芯片中的粘接层370由晶圆上形成的粘接层切割而来。如图16所示，连接结构380可以为金属线。外接引脚390可以为球状，或其他形状，图16仅以球状外接引脚为例进行示意。
93.图17是本实用新型实施例提供的芯片中保护框架的结构示意图之一，结合图16和图17所示，可选地，第二保护分部352包括至少两个相互分离的第三子分部3521，各第三子分部3521均匀分布于透明盖板340、支撑结构330以及裸芯片320的侧面。如此设置，相邻第三子分部3521之间具有间隙，从而可以利用该间隙将塑封料360填充于保护框架350与基板
310形成的容纳空间内，此外，通过设置各个第三子分部3521均匀分布于透明盖板340、支撑结构330以及裸芯片320的侧面，可使保护框架350的结构更加稳定。
94.示例性的，图16和图17以第二保护分部352包括两个第三子分部，即第三子分部3521-1和第三子分部3521-2为例进行示意，此时，两个第三子分部3521相对设置，保护框架350呈直角桥型。当然，在其他实施例中，第二保护分部352可以包括更多数量的第三子分部3521，只要不影响塑封料360的填充即可。示例性的，图18是本实用新型实施例提供的芯片中保护框架的结构示意图之二，如图18所示，可选地，第二保护分部352包括四个第三子分部，即第三子分部3521-1、第三子分部3521-2、第三子分部3521-3和第三子分部3521-4，四个第三子分部3521均匀分布，保护框架350呈四腿桌型。
95.上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。