專利名稱：混合基板、半導體器件的封裝方法和封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體封裝領(lǐng)域，特別涉及一種混合基板、半導體器件的封裝方法和封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
半導體器件封裝過程中，通常要用到封裝基板，該封裝基板用于封裝和保護半導體器件的功能面。以圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)為例，現(xiàn)有圖像傳感器在封裝過程中需要用到大塊光學玻璃作為封裝基板。圖像傳感器是一種將一維或二維光學信息(opticalinformation)轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。圖像傳感器可以被進一步地分為兩種不同的類型:互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器和電荷耦合器件(CXD)圖像傳感器。傳統(tǒng)的圖像傳感器封裝方法通常是采用引線鍵合(Wire Bonding)等方式進行封裝，但隨著集成電路的飛速發(fā)展，較長的引線使得產(chǎn)品尺寸無法達到理想的要求。因此，晶圓級封裝(Wafer LevelPackage，WLP)逐漸取代引線鍵合封裝成為一種較為常用的封裝方法。同時，芯片尺寸封裝(Chip Scale Package, CSP)作為新一代的芯片封裝技術(shù)，倍受人們青睞，CSP通常指封裝外殼的尺寸不超過裸芯片尺寸1.2倍的一種先進封裝形式。請參考圖1，現(xiàn)有圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)包括:圖像傳感器101，所述圖像傳感器101表面具有感光區(qū)域102 (感光區(qū)域102中包括多個像素單元)，位于所述圖像傳感器101表面的空腔墻103 (cavity wall，又稱dam)，所述空腔墻103形成有空腔104，感光區(qū)域102位于所述空腔104中，光學玻璃105位于所述空腔墻103上表面和空腔104上方?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常該光學玻璃105與空腔墻103形成的疊層結(jié)構(gòu)是密封的，即空腔104是密封的，并且空腔104中通常會抽真空至一定真空度。這是因為，在后續(xù)制程中，需要對整個封裝結(jié)構(gòu)進行加熱。例如在后續(xù)表面組裝(Surface Mounted Technology, SMT)過程中，需要將溫度升高到260攝氏度的高溫。如果空腔104中沒有設(shè)置真空度，空腔104內(nèi)的氣體壓強會增大許多倍，大塊光學玻璃105會受到多處空腔104中很大的氣體壓力，因而光學玻璃105會與空腔墻103脫離，導致整個封裝結(jié)構(gòu)損壞。但是，上述技術(shù)存在以下缺陷:I)上述封裝技術(shù)采用整塊光學玻璃105，僅由光學玻璃105提供強度，但由于玻璃的整體脆性比較大，因此封裝結(jié)構(gòu)的機械強度低，容易破碎；此外，大塊整面光學玻璃105價格昂貴，因此又提高了封裝成本；2)由于空腔墻103是由感光材料進行曝光顯影得到的，其原材料成本和工藝成本都較高，并且空腔墻103在制作過程中會出現(xiàn)曝光不完全而產(chǎn)生灰塵(particle)污染，該灰塵污染會導致大塊整面的光學玻璃105報廢，進一步提高了封裝成本；3)由于空腔104存在一定真空度，因而在未受熱時，光學玻璃105會受到的較大的大氣壓強，使得光學玻璃105在封裝、切割或者使用過程中更加容易碎裂。類似地，在其他半導體器件的封裝過程中，也存在上述問題。更多晶圓級封裝的半導體器件請參考公開號為CN102881666A的中國發(fā)明專利申請。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種混合基板、半導體器件的封裝方法和封裝結(jié)構(gòu)，既可以提高機械強度，防止基板破裂，又可以提高封裝的良率和效率，同時還會降低成本。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種混合基板，用于封裝半導體器件，包括:支撐框架，包含相互連接的框底和框壁；所述框底具有第一通孔，所述框壁具有第二通孔，所述第一通孔的面積小于所述第二通孔的面積，并且所述第一通孔與所述第二通孔連通；透明基板，位于所述第二通孔中且固定在所述框底的上表面或所述框壁的側(cè)面；所述透明基板與所述框底之間存在第一微孔，所述透明基板與所述框壁之間存在第二微孔，所述第一微孔與所述第二微孔相通?？蛇x的，所述透明基板與所述框底之間設(shè)置有多個膠點，所述第一微孔位于所述膠點之間。可選的，所述框底和所述框壁的連接方式為一體成型連接?？蛇x的，所述框底和所述框壁的制作材料包括陶瓷材料、耐燃樹脂材料、玻璃材料或者娃材料?？蛇x的，所述框底和所述框壁的連接方式為膠粘連接?？蛇x的，所述透明基板上表面和/或下表面包括光學鍍膜。為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種半導體器件的封裝方法，包括:提供晶圓，所述晶圓包括功能面和背面，所述晶圓的功能面包括多個半導體結(jié)構(gòu)；提供如上所述的混合基板；將所述混合基板的框底與所述晶圓的功能面粘接，所述半導體結(jié)構(gòu)與所述第一通孔相對應(yīng)；在所述晶圓的背面形成導電焊球；切割所述晶圓和所述混合基板，形成多個半導體器件?？蛇x的，所述半導體器件為圖像傳感器，所述半導體結(jié)構(gòu)包括多個像素單元，所述像素單元位于所述第一通孔中?？蛇x的，提供所述混合基板包括:對所述半導體結(jié)構(gòu)進行晶圓測試；提供所述支撐框架；在所述支撐框架中與測試合格的所述半導體結(jié)構(gòu)對應(yīng)的第二通孔上形成上表面和/或下表面包括光學鍍膜的透明基板?？蛇x的，所述封裝方法還包括:在將所述混合基板與所述晶圓粘接之后，提供支撐基板，將所述支撐基板粘貼在所述混合基板的所述框壁和所述透明基板上；在切割所述晶圓和所述混合基板時，同時切割所述支撐基板；在所述切割之后，去除所述支撐基板。為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，包括:半導體結(jié)構(gòu)，包括功能面和背面；如上所述的混合基板，所述混合基板的框底粘貼在所述半導體結(jié)構(gòu)的功能面上；導電焊球，粘貼在所述半導體結(jié)構(gòu)的背面。
可選的，所述半導體器件為圖像傳感器，所述半導體結(jié)構(gòu)包括多個像素單元，所述像素單元位于所述第一通孔中?？蛇x的，所述像素單元的個數(shù)在2兆以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:1.本發(fā)明所提供的混合基板由支撐框架和透明基板組成，機械強度比整面光學玻璃高，不易破碎，使得利用該混合基板的封裝結(jié)構(gòu)的機械強度提高，并避免使用昂貴的整面光學玻璃，降低了成本；本發(fā)明所提供的混合基板不使用感光材料，不需要曝光顯影工藝，并且由于不使用感光材料，還可以避免因曝光不完全產(chǎn)生灰塵污染透明基板的問題，簡化了封裝制程，并進一步降低了成本；本發(fā)明所提供的混合基板具有連通的第一微孔和第二微孔，可以透過氣體，使用該混合基板封裝半導體器件可以避免半導體器件內(nèi)部存在真空度的情況，消除了半導體器件內(nèi)部氣體壓強與外部大氣壓強的差異，減小了半導體器件各部分受到的壓力，使得半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)更加牢固可靠。2.可選方案中，所述透明基板通過設(shè)置于所述框底上的膠點粘接固定于所述框底上，至少兩個相鄰膠點之間形成第一微孔，使得第一微孔的形成方式更加容易，并且灰塵不易通過該混合基板。3.可選方案中，所述支撐框架的框底和框壁由一體成型連接而成，該支撐框架由一體成型方式制作能夠節(jié)省制作流程，節(jié)約成本，并使得所形成的支撐框架具有良好的整體結(jié)構(gòu)。4.可選方案中，所述框底和所述框壁由同種材料制成，并且所述材料優(yōu)選為陶瓷材料、耐燃樹脂材料或者硅材料，陶瓷材料和耐燃樹脂材料機械強度高，有助于進一步提高混合基板的機械強度。5.可選方案中，所述透明基板的上表面和/或下表面設(shè)置有光學鍍膜,該光學鍍膜一方面可以提高透明基板的透光性能或者阻擋紅外線性能，另一方面可以使透明基板做得更薄，降低了使用該混合基板的封裝結(jié)構(gòu)的厚度，并且，設(shè)置該光學鍍膜能夠使得使用該混合基板的圖像傳感器模組后續(xù)不必在模組鏡頭上設(shè)置光學鍍膜，節(jié)省了圖像傳感器模組的整體成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例一混合基板結(jié)構(gòu)不意圖；圖3a為圖2中的混合基板沿I _ I線剖開后，支撐框架的截面示意圖；圖3b為圖2中的混合基板沿1-1線剖開后的截面示意圖；圖4為本發(fā)明實施例一混合基板中支撐框架的俯視示意圖；圖5為本發(fā)明實施例二混合基板截面示意圖；圖6為本發(fā)明實施例三混合基板截面示意圖；圖7為本發(fā)明實施例四混合基板截面示意圖；圖8為本發(fā)明實施例所提供的圖像傳感器晶圓級芯片尺寸封裝方法示意圖9為本發(fā)明實施例所提供的圖像傳感器晶圓級芯片尺寸封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。正如背景技術(shù)部分所述，請繼續(xù)參考圖1，現(xiàn)有技術(shù)使用光學玻璃105與空腔墻103來形成圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，空腔104具有一定真空度，使得整面光學玻璃105在未受熱時受到大氣壓強的壓應(yīng)力，容易在封裝切割或者使用過程中碎裂。另外，使用空腔墻103和光學玻璃105也使得圖像傳感器封裝成本高。因而，本發(fā)明首先提供一種混合基板，取代上述光學玻璃105與空腔墻103的組合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所提供的混合基板通過支撐框架和透明基板來取代光學玻璃105與空腔墻103的組合結(jié)構(gòu)。其中支撐框架包含相互連接的框底和框壁，所述框底具有第一通孔，所述框壁具有第二通孔，所述第一通孔的面積小于所述第二通孔的面積，并且所述第一通孔與所述第二通孔連通。透明基板位于所述第二通孔中，并且固定在所述框底的上表面，同時透明基板與所述框底之間存在第一微孔，所述透明基板與所述框壁之間存在第二微孔，所第一微孔與第二微孔相通。這樣，該混合基板就用支撐框架的框底取代了原本的空腔墻103，用第二通孔中的透明基板取代了原本的光學玻璃105，從而提高了整個封裝結(jié)構(gòu)的機械強度，并且不需原來的感光材料和曝光顯影工藝，不需要整面大塊光學玻璃，降低了成本。同時，由于具有連通的第一微孔和第二微孔，也使得整個結(jié)構(gòu)不存在真空度，消除了混合基板兩面的氣壓壓差，防止發(fā)生混合基板與所封裝的半導體結(jié)構(gòu)發(fā)生脫層的情況。實施例一請參考圖2，本實施例提供一種混合基板200，該混合基板200包括支撐框架210和透明基板220。支撐框架210包括框底211和框壁212。在圖2中，混合基板200是倒扣過來放置的，因而支撐框架210中點劃線以上部分為框底211，而在點劃線以下部分為框壁212?？虻?11包括用于暴露出圖像傳感器像素單元的第一通孔(圖2中未標注，請參考圖3a中的虛線框213)。本實施例中，支撐框架210的框底211和框壁212由同種材料制成，并且其制作材料可以優(yōu)選為陶瓷材料、耐燃樹脂材料、玻璃材料或者硅材料。進一步優(yōu)選的，支撐框架210的框底211和框壁212可以由陶瓷材料、耐燃樹脂材料或者硅材料一體成型。由一體成型方式制作支撐框架210能夠節(jié)省制作流程，節(jié)約成本，并使得所形成的支撐框架210具有良好的整體結(jié)構(gòu)。其中，所述耐燃樹脂材料包括BT樹脂(Bismaleimide Triazine,全稱BT樹脂基板材料，由雙馬來酰亞胺與氰酸酯樹脂合成制得的，是一種特殊的高性能基板材料)。陶瓷材料的機械強度大，而BT樹脂材料的抗沖擊和抗壓性能良好，它們的機械強度都遠高于光學玻璃。本實施例中用于制作支撐框架210的玻璃材料可以優(yōu)選為強化玻璃材料。請參考圖3a和圖3b。其中，圖3a可以看成是圖2中的混合基板200沿I _ I線剖開后，支撐框架210的截面示意圖，圖3b可以看成是圖2中的混合基板200沿1-1線剖開后自身的截面示意圖。需要注意到，圖2中框底211朝上，而圖3a和圖3b中框底211朝下。從圖3a中可以直觀看到，支撐框架210的框底211連接框壁212，框底211具有第一通孔213 (圖3a中較小的虛線框)，框壁212具有第二通孔214 (圖3a中較大的虛線框)，從圖3a中還可以進一步看出，第一通孔213的面積小于所述第二通孔214的面積(可進一步參考圖4)，并且第一通孔213與第二通孔214連通。同時參考圖3a和圖3b可知，透明基板220位于第二通孔214中(第一通孔和第二通孔在圖3b中未標注)且固定在所述框底211的上表面。透明基板220可以由玻璃材料或者有機透明樹脂材料制成。本實施例中優(yōu)選的，透明基板220為光學玻璃，其與支撐框架210通過膠點230粘接。圖3b中顯示透明基板220粘接于框底211上表面，但是透明基板220也可以粘接于框壁212的側(cè)壁(只要保證第二微孔與第一微孔相通既可)，或者透明基板220與框底211和框壁212的側(cè)壁都進行粘接，以固定于所述第二通孔214中。本實施例中透明基板220的上表面與所述框壁212的上表面可以齊平，從而使得混合基板200各部分的上表面都處于同一水平高度。請參考圖4，圖4為支撐框架210的俯視示意圖。從中進一步可以看出，支撐框架210在框底211設(shè)置有上述的第一通孔213，在框壁212設(shè)置有第二通孔214，該第二通孔214的面積大于第一通孔213的面積，使得部分框底211的表面作為第二通孔214底部，該部分可以看成是臺階面。在該第二通孔214底部上(即框底211露出的上表面，亦即上述臺階面)，本實施例中優(yōu)選的，采用如圖4中所示的分點點膠方式，將膠材均勻地點在框底211上，形成多個膠點230，各個膠點230之間存在一定距離，以保證在透明基板220粘貼在框底211之后，仍有至少兩個膠點230之間存在第一微孔。通過上述點膠方式，后續(xù)將透明基板220粘接在支撐框架210的框底211(亦即第二通孔214中)之后，至少其中兩個相鄰膠點230之間還會存在第一微孔(未圖示)，通過膠點230之間形成第一微孔的方式使得該第一微孔的形成變得簡單，并且灰塵不易通過該混合基板。而在透明基板220與框壁212之間存在第二微孔(未標號，可看成是圖3b中透明基板220與框壁212之間的空白區(qū)域)。結(jié)合參考圖3b和圖4可知，透明基板220在第二通孔214中固定時，透明基板220與框底211之間存在第一微孔(存在膠點230之間)，透明基板220與框壁212之間存在第二微孔,第一微孔與第二微孔之間連通,這樣，混合基板200就能夠透過氣體。這與現(xiàn)有技術(shù)中整面光學玻璃105和空腔墻103形成的不透氣的疊層結(jié)構(gòu)(請參考圖1)不同。并且，第一微孔和第二微孔呈相互垂直結(jié)構(gòu)，可看成L型結(jié)構(gòu)，因而，雖然混合基板200可以透過氣體，但是雜物或者灰塵等很難通過混合基板200。由于混合基板200能夠透過氣體，因而當使用該混合基板200來封裝圖像傳感器可以避免圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在真空環(huán)境的情況，消除了圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部氣體壓強與外部大氣壓強的差異，從而減小了圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)受到的壓力，使得圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)更加牢固可靠。本實施例中，支撐框架210和透明基板220組成的混合基板200的強度會比現(xiàn)有技術(shù)中整面光學玻璃的強度提高許多，同時，由于該混合基板200可以單獨制作，有利于大規(guī)模生產(chǎn)，能夠使生產(chǎn)成本降低。此外，使用該混合基板200可以不使用感光材料，不進行曝光顯影工藝，不使用大塊整面光學玻璃，進一步降低了生產(chǎn)成本。在采用本實施例所提供的混合基板進行封裝時，可以對所要封裝的晶圓進行晶圓測試(Chip Probing或者Circuit Probing, CP),主要測試晶圓功能面上對應(yīng)的半導體結(jié)構(gòu)，然后提供支撐框架，在測試符合質(zhì)量標準的半導體結(jié)構(gòu)上方的支撐框架對應(yīng)的第二通孔中設(shè)置含有光學鍍膜透明基板，例如含有光學鍍膜的光學玻璃，從而形成混合基板。而在測試不符合要求的半導體結(jié)構(gòu)上方的支撐框架對應(yīng)的第二通孔中設(shè)置普通光學玻璃，也形成混合基板。這樣，可以使得封裝過程中的原材料資源得到更加優(yōu)化的配置。實施例二請參考圖5,圖5為本發(fā)明實施例二混合基板500的截面不意圖。本實施例所提供的混合基板500與實施例一所提供的混合基板200大部分結(jié)構(gòu)相同。相同部分可以參照實施例一中的內(nèi)容。本實施例混合基板500與實施例一中混合基板200不同之處在于，混合基板500的透明基板520中，上表面和下表面都包括光學鍍膜510。該光學鍍膜510可以是IR(紅外線)膜或者AR (ant1-reflect)膜(減反射膜,也稱抗反射膜或者增透膜),或者是兩者的疊層。IR膜可以允許可見光透過鏡頭而截止或反射紅外光，從而使得所封裝的半導體器件時，不會受到不必要的紅外線影響。AR膜可以減少反射光，從而增加進行所封裝的半導體器件的透光量。在本發(fā)明的其它實施例中，根據(jù)需要，也可以選擇在透明基板520上表面和下表面的其中之一上設(shè)置光學鍍膜。本實施例中，所述光學鍍膜510優(yōu)選為厚度可控的IR膜，由于具有該光學鍍膜510，因而可以采用較薄的玻璃來制作透明基板520，降低了整個封裝結(jié)構(gòu)的厚度，當利用該混合基板500運用于圖像傳感器的封裝時，能夠使得使用該混合基板500的圖像傳感器模組后續(xù)不必在模組鏡頭上設(shè)置光學鍍膜，節(jié)省了圖像傳感器模組的整體成本，還能夠在節(jié)省圖像傳感器模組整體成本的同時提高圖像傳感器模組所產(chǎn)生的圖像質(zhì)量(透明基板變薄的同時，光學性能提高)，特別適合大像素圖像傳感器的封裝。實施例三請繼續(xù)參考圖6，圖6為本發(fā)明實施例三混合基板600的截面示意圖。本實施例所提供的混合基板600與實施例一所提供的混合基板200部分結(jié)構(gòu)相同。相同部分可以參照實施例一中的內(nèi)容。本實施例混合基板600與實施例一中混合基板200不同之處在于，框底611和框壁612由同種材料分別制成，再粘接在一起形成支撐框架610。與實施例一中類似的，框底611和框壁612的制作材料可以優(yōu)選為陶瓷材料、耐燃樹脂材料、玻璃材料或者硅材料。進一步優(yōu)選的，框底611和框壁612可以由陶瓷材料、耐燃樹脂材料或者硅材料一體成型，例如它們由陶瓷材料一體燒制而成，或者由耐燃樹脂材料一體注塑成型。其中，所述耐燃樹脂材料包括BT樹脂。本實施例中，框底611和框壁612通過膠材630粘接在一起，而膠材630同時用于將透明基板620與框底611粘接。但是，在其它實施例中，粘接框底611和框壁612所用膠材和粘接透明基板620的膠材可以分開。這種分開的方式可以使得混合基板600的制作方式更為靈活。實施例四請參考圖7,圖7為本發(fā)明實施例四混合基板700的截面不意圖。本實施例所提供的混合基板700與實施例一所提供的混合基板200大部分結(jié)構(gòu)相同。相同部分可以參照實施例一中的內(nèi)容。本實施例混合基板700與實施例一中混合基板200不同之處在于，支撐框架710的框底711和所述框壁712由不同材料制作，然后再將框底711和框壁712粘接形成整體結(jié)構(gòu)?？虻?11和框壁712可以分別用陶瓷材料、耐燃樹脂材料、玻璃材料和硅材料來制作，只需要保證兩者使用不同材料即可。其中，所述的耐燃樹脂材料包括BT樹脂。與實施例三類似，本實施例中，框底711和框壁712通過膠材730粘接在一起，而膠材730同時將透明基板720粘接于框底711上。但是，在其它實施例中，粘接框底711和框壁712所用膠材和粘接透明基板720的膠材也可以分開。本發(fā)明還提供一種半導體器件的封裝方法，所述半導體器件的封裝方法運用如實施例一至四所述的混合基板進行封裝。下面以圖像傳感器作為一種具體的半導體器件，對所述封裝方法作詳述和說明。需要說明的是，在本發(fā)明的其它實施例也可以是圖像傳感器以外的其它半導體器件。本實施例提供一種圖像傳感器晶圓級芯片尺寸封裝方法，包括步驟SI至S4:步驟SI，提供晶圓，所述晶圓包括功能面和背面，所述晶圓的功能面包括多個圖像傳感器。請參考圖8，本實施例中晶圓包括多個圖像傳感器結(jié)構(gòu)，圖8中顯示出了該晶圓的部分區(qū)域，該區(qū)域中顯示出了兩個圖像傳感器結(jié)構(gòu)，從圖8中可以看出，該圖像傳感器結(jié)構(gòu)包括襯底870，所述襯底870可以為硅襯底，并且該硅襯底可以摻雜有其它元素。步驟S2，提供如上所述的混合基板。本實施例中，提供如上所述的混合基板包括:對所述圖像傳感器結(jié)構(gòu)進行晶圓測試；提供所述支撐框架；在所述支撐框架中與測試合格的所述圖像傳感器結(jié)構(gòu)對應(yīng)的第二通孔上形成上表面和/或下表面包括光學鍍膜的透明基板，本實施例中可以具體選用含有光學鍍膜的光學玻璃，而在測試不符合要求的圖像傳感器結(jié)構(gòu)上方的支撐框架對應(yīng)的第二通孔中設(shè)置普通光學玻璃。這樣，可以使得封裝過程中的原材料資源得到更加優(yōu)化的配置。步驟S3，將所述的混合基板的框底與所述晶圓的功能面粘接，所述圖像傳感器與所述第一通孔相對應(yīng)。請繼續(xù)參考圖8，本實施例中，所述混合基板包括了支撐框架810、透明基板820以及粘接二者的膠材830，其中支撐框架810與實施例一至四中相同，包括框底和框壁，但本實施例未對框底和框壁進行標注，其具體內(nèi)容可參考實施例一至四中的相關(guān)內(nèi)容。在將上所述的混合基板的框底與所述晶圓功能面粘接時，晶圓功能面的圖像傳感器結(jié)構(gòu)剛好對應(yīng)位于混合基板的第一通孔(該第一通孔在圖8中未標注,可參考實施例一相關(guān)內(nèi)容)。本實施例中，在透明基板820的上下表面都設(shè)置有光學鍍膜840,該光學鍍膜840可以是IR膜和/或AR膜。同時，除了在透明基板820的上下表面都設(shè)置光學鍍膜840外，也可以在透明基板820其中一個表面設(shè)置光學鍍膜，或者兩個表面均不設(shè)置光學鍍膜，總之，可根據(jù)對所要形成的圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)的要求來設(shè)置光學鍍膜。本實施例混合基板的下表面(可看成是支撐框架810框底的下表面)可以通過膠材850與晶圓功能面粘接，該晶圓形成有多個圖像傳感器單元。從圖8中可以看出，每個透明基板820下面對應(yīng)一個圖像傳感器單元，并且支撐框架810的第一通孔下面對應(yīng)著一個感光區(qū)域860，該感光區(qū)域860由多個像素單元組成。由本說明書實施例一對混合基板的描述可知，本實施例中混合基板并非密封住感光區(qū)域860。這是因為，透明基板820和支撐框架810之間存在著第一微孔和第二微孔，并且它們相互連通，這些微孔使得混合基板可以透過氣體，使得感光區(qū)域860能夠與混合基板外表面的大氣相通，避免在感光區(qū)域860的上部的空間中設(shè)置真空環(huán)境，從而使得混合基板和感光區(qū)域受到的大氣壓強差都得到消除，因而使得整個結(jié)構(gòu)牢固可靠。同時，由上述描述可知，透明基板820和支撐框架810之間存在第一微孔和第二微孔,第一微孔和第二微孔本身的直徑較小，因而灰塵等雜質(zhì)難進入感光區(qū)域860，保證了圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)的品質(zhì)。本實施例中所用的混合基板可看成是實施例二所提供的混合基板，但是，本實施例也可以采用實施例一、實施例三或者實施例四所提供的混合基板，也就是說，本實施例可以采用實施例一至四中所提供的混合基板，并且采用上述混合基板可以避免使用整面大塊光學玻璃，從而使得在圖像傳感器晶圓級芯片尺寸封裝過程中不易出現(xiàn)玻璃碎裂的情況，提高了生產(chǎn)良率，同時由于不用使用感光材料和整面光學玻璃，也使得該封裝方法的成本降低。需要說明的是，雖然沒有圖示，但是本實施例中，當所述混合基板與所述晶圓粘接后，還可以在混合基板的外表面上粘接支撐基板，該支撐基板可以是具有一定力學強度的玻璃板、塑料板或者膠帶，這樣，進一步保護圖像傳感器在封裝過程中的安全。在切割上述晶圓和混合基板的過程中，也一并切割該支撐基板，等到將具有多個圖像傳感器單元的晶圓切割成單個圖像傳感器之后，再去除所述支撐基板。步驟S4，在所述晶圓的背面形成導電焊球。請繼續(xù)參考圖8，本實施例對所述晶圓的背面制作內(nèi)部引線結(jié)構(gòu)為金屬互連結(jié)構(gòu)。所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括金屬互連線872，在金屬互連線872外部包裹著一層絕緣層871，而在金屬互連線872的里層還包括另外一層絕緣層873，該絕緣層873將半導體襯底871與金屬互連線872隔開，防止它們之間發(fā)生相互影響。該金屬互連線872其中一端連接到接觸墊(Pad)875。圖8中顯示該金屬互連線872和該接觸墊875成一整體結(jié)構(gòu)，這是為了表示它們可以由同種材料制成，但是它們也可以由不同材料制成，只需要保證該接觸墊875通過金屬互連線872與導電焊球874電連接。該導電焊球874作為該圖像傳感器的導電引出點。圖8中顯示接觸墊875與感光區(qū)域860呈斷開，但二者實際電性連接。本實施例中，所述金屬互連結(jié)構(gòu)為無硅通孔連接結(jié)構(gòu)，但是在本發(fā)明的其它實施例中，所述金屬互連結(jié)構(gòu)也可以呈硅通孔連接結(jié)構(gòu)以使得金屬互連線與感光區(qū)域電性連接。步驟S5，切割所述晶圓和所述混合基板，形成多個圖像傳感器。請參考圖9，本實施例中，所述半導體器件為圖像傳感器，該圖像傳感器晶圓級芯片尺寸封裝方法最后切割所述晶圓以獲得分離的單個圖像傳感器，形成如圖9所示的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以看成是圖8所示結(jié)構(gòu)沿中間部位切割分離得到，因而其各部分內(nèi)容可以參考圖8中的內(nèi)容。圖9中所示的金屬互連結(jié)構(gòu)屬于無硅通孔連接結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明的其它實施例中，也可以采用具有硅通孔連接結(jié)構(gòu)的金屬互連結(jié)構(gòu)。由于運用了實施例一至四所述的混合基板，本實施例在將所述晶圓切割成單個圖像傳感器時，可以采用激光切割，這樣可以減少芯片間的切割道的尺寸。從中也可以知道，通過運用實施例一至四所述的混合基板，可以使得晶圓的切割工藝選擇范圍更廣。需要說明的是，本實施例所提供的圖像傳感器晶圓級芯片尺寸封裝方法可以彌補現(xiàn)有圖像傳感器晶圓級芯片尺寸封裝方法無法用于較大像素圖像傳感器封裝的缺點，因而本實施例中，所述每個感光區(qū)域860中像素單元的個數(shù)優(yōu)選在2兆(M)以上。現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器封裝方法中，像素尺寸越大，則像素單元所處位置的第一通孔越大，由上述描述可知，現(xiàn)有技術(shù)中該空腔需要設(shè)置具有一定真空度，因而該第一通孔越大，則存在真空度的空間越大，整個圖像傳感器受到的壓力也就越大，在封裝和后續(xù)使用過程中就越容易損壞。但是本實施例所提供的圖像傳感器封裝方法不需要設(shè)置真空度，因而本實施例提供的封裝方法尤其適合大像素圖像傳感器的封裝。需要說明的是，本實施例在完成上述封裝后，需要再進行表面組裝(可利用表面組裝技術(shù)進行表面組裝)，可在表面組裝之時或者之后，或者在圖像傳感器裝鏡頭之前，用膠把上述(透明基板與支撐框架的框壁之間形成的)第二微孔密封起來，或者把第一微孔和第二微孔同時密封起來，以提高最后成型的圖像傳感器鏡頭模組的可靠性。本發(fā)明還提供了一種半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，所述半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)運用了上述實施例一至四所述的混合基板進行封裝，得到具有實施例一至四所述混合基板的半導體器件結(jié)構(gòu)。本說明書下面以圖像傳感器晶圓級芯片尺寸封裝結(jié)構(gòu)為一種具體的半導體器件封裝結(jié)構(gòu)，對該封裝結(jié)構(gòu)加以說明。請參考圖9，本實施例所提供的圖像傳感器晶圓級芯片尺寸封裝結(jié)構(gòu)如圖9所示，它包括襯底870，所述襯底870可以為硅襯底，并且該硅襯底可以摻雜有其它元素。在該襯底870的功能面上通過膠材850粘貼混合基板(未標注)，該混合基板包括了支撐框架810、透明基板820以及粘接二者的膠材830，其中支撐框架810包括框底和框壁，但本實施例未對框底和框壁進行標注，其具體內(nèi)容可參考實施例一至四中的相關(guān)內(nèi)容。在將上所述的混合基板的框底與所述圖像傳感器功能面粘接時，晶圓功能面的像素單元剛好對應(yīng)位于混合基板的第一通孔(第一通孔在圖9中未標注,可參考實施例一相關(guān)內(nèi)容)。本實施例中，在透明基板820的上下表面都設(shè)置有光學鍍膜840，該光學鍍膜840可以是IR膜和/或AR膜。每個透明基板820下面對應(yīng)一個圖像傳感器單元，并且支撐框架810的第一通孔下面對應(yīng)著一個感光區(qū)域860，該感光區(qū)域860由多個像素單元組成。每個感光區(qū)域860中像素單元的個數(shù)優(yōu)選在2兆(M)以上，其原因可參考實施例五中的封裝方法相應(yīng)內(nèi)容。本實施例中混合基板使得感光區(qū)域860與外界大氣相通。這是因為，透明基板820和支撐框架810之間存在著第一微孔和第二微孔，并且它們相互連通。這些微孔使得混合基板可以透過氣體，從而使得感光區(qū)域860能夠混合基板外表面的大氣相通，避免在感光區(qū)域860的上部的空間中設(shè)置真空環(huán)境，從而使得混合基板和感光區(qū)域受到的大氣壓強差都得到消除，因而使得整個結(jié)構(gòu)牢固可靠。同時，由上述描述可知，透明基板820和支撐框架810之間存在第一微孔和第二微孔，第一微孔和第二微孔本身的直徑較小，因而灰塵等雜質(zhì)難進入感光區(qū)域860，保證了圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)的品質(zhì)。本實施例所提供的圖像傳感器包括金屬互連結(jié)構(gòu)，所述金屬互連結(jié)構(gòu)包括金屬互連線872，在金屬互連線872外部包裹著一層絕緣層871，而在金屬互連線872的里層還包括另外一層絕緣層873，該絕緣層873將半導體襯底871與金屬互連線872隔開，防止它們之間發(fā)生相互影響。該金屬互連線872其中一端連接到接觸墊875。圖8中顯示該金屬互連線872和該接觸墊875成一整體結(jié)構(gòu)，這是為了表示它們可以由同種材料制成，但是它們也可以由不同材料制成，只需要保證該接觸墊875通過金屬互連線872與導電焊球874電連接。該導電焊球874作為該圖像傳感器的導電引出點。圖9中顯示接觸墊875與感光區(qū)域860呈斷開，但二者實際電性連接。本實施例中所用的混合基板可看成是實施例二所提供的混合基板，但是，本實施例也可以采用實施例一、實施例三或者實施例四所提供的混合基板，也就是說，本實施例可以采用實施例一至四中所提供的混合基板，并且采用上述混合基板可以避免使用整面大塊光學玻璃，從而使得在圖像傳感器晶圓級芯片尺寸封裝過程中不易出現(xiàn)玻璃碎裂的情況，提高了生產(chǎn)良率，由于不用使用感光材料和整面光學玻璃，也使得該封裝方法的成本降低。本實施例所述金屬互連結(jié)構(gòu)為無硅通孔連接結(jié)構(gòu)，但是在本發(fā)明的其它實施例中，所述金屬互連結(jié)構(gòu)也可以呈硅通孔連接結(jié)構(gòu)使得金屬互連線與感光區(qū)域電性連接。本說明書中各個部分采用遞進的方式描述，每個部分重點說明的都是與其他部分的不同之處，各個部分之間相同或者近似的部分請相互參見。以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，目的是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的精神，然而本發(fā)明的保護范圍并不以該具體實施例的具體描述為限定范圍，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神的范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的具體實施例做修改，而不脫離本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種混合基板，用于封裝半導體器件，其特征在于，包括: 支撐框架，包含相互連接的框底和框壁；所述框底具有第一通孔，所述框壁具有第二通孔，所述第一通孔的面積小于所述第二通孔的面積，并且所述第一通孔與所述第二通孔連通； 透明基板，位于所述第二通孔中且固定在所述框底的上表面或所述框壁的側(cè)面； 所述透明基板與所述框底之間存在第一微孔，所述透明基板與所述框壁之間存在第二微孔，所述第一微孔與所述第二微孔相通。
2.如權(quán)利要求1所述的混合基板，其特征在于，所述透明基板與所述框底之間設(shè)置有多個膠點，所述第一微孔位于所述膠點之間。
3.如權(quán)利要求1所述的混合基板，其特征在于，所述框底和所述框壁的連接方式為一體成型連接。
4.如權(quán)利要求3所述的混合基板，其特征在于，所述框底和所述框壁的制作材料包括陶瓷材料、耐燃樹脂材料、玻璃材料或者硅材料。
5.如權(quán)利要求1所述的混合基板，其特征在于，所述框底和所述框壁的連接方式為膠粘連接。
6.如權(quán)利要求5所述的混合基板，其特征在于，所述框底和/或所述框壁的制作材料包括陶瓷材料、耐燃樹脂材料、玻璃材料或者硅材料。
7.如權(quán)利要求1所述的混合基板，其特征在于，所述透明基板上表面和/或下表面包括光學鍍膜。
8.一種半導體器件的封裝方法，其特征在于，包括: 提供晶圓，所述晶圓包括功能面和背面，所述晶圓的功能面包括多個半導體結(jié)構(gòu)； 提供如權(quán)利要求1至7任一項所述的混合基板； 將所述混合基板的框底與所述晶圓的功能面粘接，所述半導體結(jié)構(gòu)與所述第一通孔相對應(yīng)； 在所述晶圓的背面形成導電焊球； 切割所述晶圓和所述混合基板，形成多個半導體器件。
9.如權(quán)利要求8所述的封裝方法，其特征在于，所述半導體器件為圖像傳感器，所述半導體結(jié)構(gòu)包括多個像素單元，所述像素單元位于所述第一通孔中。
10.如權(quán)利要求9所述的封裝方法，其特征在于，還包括:在將所述混合基板與所述晶圓粘接之后，提供支撐基板，將所述支撐基板粘貼在所述混合基板的所述框壁和所述透明基板上；在切割所述晶圓和所述混合基板時，同時切割所述支撐基板；在所述切割之后，去除所述支撐基板。
11.如權(quán)利要求9所述的封裝方法，其特征在于，所述像素單元的個數(shù)在2兆以上。
12.如權(quán)利要求8所述的封裝方法，其特征在于，提供所述混合基板包括:對所述半導體結(jié)構(gòu)進行晶圓測試；提供所述支撐框架；在所述支撐框架中與測試合格的所述半導體結(jié)構(gòu)對應(yīng)的第二通孔上形成上表面和/或下表面包括光學鍍膜的透明基板。
13.一種半導體器件的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 半導體結(jié)構(gòu)，包括功能面和背面； 如權(quán)利要求1至7中任一項 所述的混合基板，所述混合基板的框底粘貼在所述半導體結(jié)構(gòu)的功能面上； 導電焊球，粘貼在所述半導體結(jié)構(gòu)的背面。
14.如權(quán)利要求13所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述半導體器件為圖像傳感器，所述半導體結(jié)構(gòu)包括多個像素單元，所述像素單元位于所述第一通孔中。
15.如權(quán)利要求14所述的`封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述像素單元的個數(shù)在2兆以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種混合基板以及半導體器件的封裝方法和封裝結(jié)構(gòu)。所述混合基板用于封裝半導體器件，該混合基板包括支撐框架，包含相互連接的框底和框壁；所述框底具有第一通孔，所述框壁具有第二通孔，所述第一通孔的面積小于所述第二通孔的面積，并且所述第一通孔與所述第二通孔連通；透明基板，位于所述第二通孔中且固定在所述框底的上表面或所述框壁的側(cè)面；所述透明基板與所述框底之間存在第一微孔，所述透明基板與所述框壁之間存在第二微孔，所述第一微孔與所述第二微孔相通。本發(fā)明所提供的混合基板的強度比現(xiàn)有大塊整面光學玻璃的強度提高許多，使得使用該混合基板的封裝結(jié)構(gòu)和封裝方法在良率和效率提高的同時成本降低。
文檔編號H01L23/14GK103178023SQ20131006498
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者鄧輝, 夏歡, 趙立新, 李文強 申請人:格科微電子(上海)有限公司