[发明专利]大芯片尺寸封装及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大芯片尺寸封装（CSP）和一种制造所述大芯片尺寸封装（CSP）的方法。所述的封装结构以及制造方法可以优选地用于图像传感器或MEMS器件。

背景技术

芯片尺寸封装（CSP）是新一代的芯片封装技术，其技术性能又有了新的提升。CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14，已经相当接近1:1的理想情况，绝对尺寸也仅有32平方毫米，约为普通的BGA的1/3，仅仅相当于TSOP内存芯片面积的1/6。与BGA封装相比，同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。CSP的目的是在使用大芯片(芯片功能更多，性能更好，芯片更复杂)替代以前的小芯片时，其封装体占用印刷板的面积保持不变或更小。正是由于CSP产品的封装体小而薄，因此它在手持式移动电子设备中迅速获得了应用。CSP不仅明显地缩小了封装后的体积尺寸、降低了封装成本、提高了封装效率，而且更加符合高密度封装的要求；同时由于由于数据传输路径短、稳定性高，这种封装在降低能耗的同时还提升了数据传输的速度和稳定性。

图像传感器是一种半导体模块，是一种将光学图像转换成为电子信号的设备，电子信号可以被用来做进一步处理或被数字化后被存储，或用于将图像转移至另一显示装置上显示等。它被广泛应用在数码相机和其他电子光学设备中。图像传感器如今主要分为电荷耦合器件（CCD）和CMOS图像传感器（CIS,CMOS Image Sensor）。虽然CCD图像传感器在图像质量以及噪声等方面优于CMOS图像传感器，但是CMOS传感器可用传统的半导体生产技术制造，生产成本较低。同时由于所用的元件数相对较少以及信号传输距离短，CMOS图像传感器具备功耗低、电容、电感和寄生延迟降低等优点。

图1所示为一款传统的CMOS图像传感器（CIS）的封装示意图。所示CMOS传感器通包括：陶瓷基底2，在陶瓷基底2顶部表面上安装的集成电路4（IC），粘接剂层3位于集成电路4（IC）和陶瓷基底2之间。在集成电路4（IC）表面上有制作好的IC表面的焊盘6，通过引线7同陶瓷基底2上的基底表面的焊盘8相连接。图像感光区5位于集成电路4（IC）的顶部，图像感光区5包括能够接受光线产生电信号的光学交互元件（如光敏电二极管，photodiode）阵列。同所述光学交互元件相对应的玻璃透镜10被安装到框架1上，框架1通过粘接剂9同陶瓷基底2连接。

图1所示的CMOS传感器结构有很多可以改进的方面。第一，由于该封装使用了体积庞大的玻璃透镜10，这对减小封装的体积极为不利，因此可以通过采用微透镜110来减小封装的体积。第二，可以将陶瓷基底2换为硅衬底，通过在硅衬底表面制作重分布层（RDL）将集成电路4（IC）边缘的I/O（图上未示出）同基底表面的焊盘8相连接，这样可以进一步的减小封装结构的尺寸。第三，所示封装结构不能够用成本更低的晶圆级加工和表面安装技术。

图2为经过改进的现有的采用硅通孔（TSV）技术的CMOS图像传感器（CIS）封装结构。在图2所示的封装中，首先在硅衬底130的顶部表面制作图像传感区120，所述的图像传感区120包含光学交互元件以及控制光电信号输出的晶体管阵列（图中未示出），在图像传感区120之上放置有多个微镜头110。其次，通过在硅衬底130顶部的表面制作重分布层160（RDL）将图像传感区120边缘的I/O（图中未示出）连接到硅通孔170（TSV）。最后，硅通孔170（TSV）从硅衬底130的顶部延伸到底部表面的焊盘垫175，焊球190制作在焊盘垫175上。在硅衬底130的背面布置有防焊层180（SMF）。顶部的玻璃片150通过聚合物连接件140同硅衬底130键合在一起。

随着CMOS技术的日益发展，集成度也越来越高，这就使得图像传感区的面积越来越来以实现更大面积的感光区域，而对于图2所示的封装结构在随着传感区面积增大的同时，玻璃片150同硅衬底130之间的分层现象也越来越严重。此外，硅通孔（TSV）如果采用电镀Cu工艺时，通孔需首先制作绝缘层（可以是氧化物，如二氧化硅；也可以是氮化物如氮化硅），隔离层，最后完成电镀Cu填满孔洞。电镀Cu也是一种价格昂贵的工艺。

发明内容

本发明的第一方面是：基于当前适用于CMOS图像传感器的芯片尺寸封装（CSP），针对在芯片尺寸逐渐增大时玻璃同晶圆之间容易产生分层的问题，提供了一种改进的大尺寸芯片CSP封装结构，用以改善该分层问题，提高封装的可靠性。