本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶圓級(jí)芯片封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。

背景技術(shù)：

tsv(throughsiliconvias通過(guò)硅片通道)封裝結(jié)構(gòu)是ic封裝方式的一種，可分為用于memory封裝和用于貼片器件晶圓級(jí)封裝。晶圓級(jí)封裝應(yīng)用在光學(xué)圖像傳感器上(請(qǐng)參照?qǐng)D1)，這種情形下光學(xué)圖像傳感器2有玻璃基板3支撐tsv結(jié)構(gòu)4維持結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，tsv的開(kāi)孔41、開(kāi)槽22、布線(xiàn)23和焊窗24等z軸連接結(jié)構(gòu)設(shè)置在圖像傳感器芯片的邊緣21以方便制造。

而某些芯片(例如電容式指紋傳感器芯片)為了減薄封裝厚度，需要tsv封裝但又沒(méi)有玻璃板作為撐，如果繼續(xù)延用光學(xué)圖像傳感器tsv封裝工藝(例如專(zhuān)利cn201510305840.3中揭示的tsv封裝結(jié)構(gòu))，將產(chǎn)生芯片邊緣強(qiáng)度不夠的技術(shù)缺陷，從而使得在后續(xù)加工時(shí)會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。例如在對(duì)晶片進(jìn)行切割時(shí)增大了因應(yīng)力導(dǎo)致芯片碎裂的風(fēng)險(xiǎn)，也會(huì)在后期貼片和組裝階段帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

因此需要改進(jìn)tsv結(jié)構(gòu)和制造方法提高芯片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本技術(shù)方案的目的是保證芯片芯片的整體厚度從而提高芯片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為此將tsv的開(kāi)槽設(shè)置在芯片的內(nèi)部使得開(kāi)槽與芯片邊緣保持一定的安全距離，例如大于10um。由于tsv開(kāi)槽設(shè)置在芯片的內(nèi)部，使得tsv開(kāi)槽外側(cè)的芯片厚度與開(kāi)槽內(nèi)側(cè)的厚度相同結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得以提升。

本發(fā)明技術(shù)方案包括以下具體內(nèi)容：

晶圓級(jí)芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括芯片單元，其具有相對(duì)設(shè)置的第一表面和第二表面，所述第一表面布置至少一個(gè)用于電連接的焊窗；所述第二表面設(shè)置與焊窗連接的tsv結(jié)構(gòu)，所述tsv結(jié)構(gòu)包括貫穿第一表面和第二表面的通孔和在第二表面設(shè)置的開(kāi)槽，開(kāi)槽的邊界距離第二表面的邊緣大于10um。

優(yōu)選地，焊窗的邊界與第一表面邊緣的距離l滿(mǎn)足關(guān)系式

優(yōu)選地，芯片單元的第二表面上設(shè)有至少一個(gè)焊盤(pán)，焊窗和焊盤(pán)通過(guò)形成在所述通孔壁、開(kāi)槽底壁、開(kāi)槽側(cè)壁和第二表面的布線(xiàn)電性導(dǎo)通。

為更好的解決上述技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明還提供一種晶圓級(jí)芯片封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，包括步驟：

s1：在芯片單元的第一表面布置焊窗，使得所述焊窗與第一表面邊緣的距離l滿(mǎn)足關(guān)系式

s2：在芯片單元的第二表面形成梯形槽，開(kāi)槽的底壁在第一表面上的投影覆蓋所述焊窗，開(kāi)槽的邊界距離第二表面邊緣大于10um；

s3：在所述開(kāi)槽內(nèi)形成貫通焊窗和開(kāi)槽底壁的通孔，使得所述通孔連接焊窗；

s4：在所述通孔壁、開(kāi)槽底壁、開(kāi)槽側(cè)壁和第二表面形成布線(xiàn)，該布線(xiàn)電性連通焊窗和焊盤(pán)。

優(yōu)選地，開(kāi)槽側(cè)壁的高寬比k約等于2.75。

優(yōu)選地，梯形槽為一級(jí)或多級(jí)梯形槽。

本發(fā)明為了通過(guò)將tsv開(kāi)槽向芯片內(nèi)部移動(dòng)，使得tsv開(kāi)槽外部的芯片高度與芯片內(nèi)部的高度相同，提高了芯片邊緣的強(qiáng)度，同時(shí)避免了設(shè)計(jì)左右對(duì)稱(chēng)的焊窗結(jié)構(gòu)，也就避免了這種設(shè)計(jì)給電路設(shè)計(jì)帶來(lái)影響。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)圖像傳感器tsv封裝結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a為本發(fā)明tsv封裝結(jié)構(gòu)的立體示意圖。

圖2b為本發(fā)明tsv封裝結(jié)構(gòu)的立體示意圖。

圖3為本發(fā)明第二表面焊盤(pán)陣列示意圖。

圖4a為本發(fā)明在tsv制造步驟s1時(shí)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4b為本發(fā)明在tsv制造步驟s2時(shí)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4c為本發(fā)明在tsv制造步驟s3時(shí)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4d為本發(fā)明在tsv制造步驟s4時(shí)剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4e為本發(fā)明在tsv結(jié)構(gòu)另一實(shí)施方式示意圖。

圖5為本發(fā)明焊窗功能結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6a-6c為本發(fā)明5中焊窗布局4種焊窗部件示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖2a所示，本發(fā)明晶圓級(jí)芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片單元1，芯片單元具有相對(duì)設(shè)置的第一表面115和第二表面116。本發(fā)明中以指紋傳感芯片為例，所述第一表面115設(shè)置功能電路132、131和用于感應(yīng)指紋圖像的電容單元陣列(圖中未示出)，功能電路與焊窗電13性連接。所述第二表面116設(shè)置焊盤(pán)12和與焊窗電性連接的tsv結(jié)構(gòu)，所述tsv結(jié)構(gòu)包括貫穿第一表面115或焊窗13和第二表面116的通孔112，和與通孔112連接的開(kāi)槽11，開(kāi)槽的邊界距離110、111所述第二表面的邊緣117大于10um。

在本實(shí)施方式中，開(kāi)槽的邊界110距離所述第二表面116的邊緣117大于10um使得芯片開(kāi)槽11外側(cè)的厚度d1與芯片內(nèi)部的厚度d2相同(參照?qǐng)D4c)，從而保證芯片從晶圓上切割時(shí)能夠承受切割時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力避免芯片邊緣碎裂的風(fēng)險(xiǎn)。

在本實(shí)施方式中，所述開(kāi)槽11的邊界包括縱向延伸的邊界110和橫向延伸的邊界111；本發(fā)明所述的焊窗的邊界距離第二表面邊緣的距離大于10um，是指任意一條邊界距離焊窗的邊緣均大于10um。因此最靠近第二表面邊緣117的焊窗邊界110的距離至少大于10um

為了得到上述tsv封裝結(jié)構(gòu)本發(fā)明提供了如下的制造方法:

s1：在芯片單元的第一表面布置焊窗，使得所述焊窗與第一表面邊緣的距離l滿(mǎn)足關(guān)系式

s2：在芯片單元的第二表面形成梯形槽，開(kāi)槽的底壁在第一表面上的投影覆蓋所述焊窗，開(kāi)槽的邊界距離第二表面邊緣大于10um；

s3：在所述開(kāi)槽內(nèi)形成貫通焊窗和開(kāi)槽底壁的通孔，使得所述通孔連接焊窗；

s4：在所述通孔壁、開(kāi)槽底壁、開(kāi)槽側(cè)壁和第二表面形成布線(xiàn)，該布線(xiàn)電性連通焊窗和焊盤(pán)。

以下對(duì)上述的步驟進(jìn)行詳細(xì)描述：

請(qǐng)參照?qǐng)D4a和圖4b在步驟s1中在芯片的第一表面115布置焊窗13，使得所述焊窗12遠(yuǎn)離第一表面115的邊緣118，焊窗13遠(yuǎn)離第一表面邊緣118是為了使得焊窗13的邊界133與第一邊緣118保持一定的距離l，該距離l被設(shè)置為使得所述開(kāi)槽11的邊界110距離第二表面116的邊緣大于10um。為了達(dá)到上述目的該距離l滿(mǎn)足關(guān)系式

在本實(shí)施例中，所述第一表面邊緣118應(yīng)當(dāng)理解第一表面115的最外側(cè)，所述焊窗113的邊界應(yīng)當(dāng)理解為焊窗與芯片的交界線(xiàn)；所述距離l應(yīng)當(dāng)理解為邊界113能夠達(dá)到的與第一表面邊緣118之間最小距離。

在本步驟中，為了開(kāi)設(shè)通孔112所述焊窗13的中心軸x與開(kāi)槽11的中心軸重合x(chóng)，當(dāng)所述焊窗13在芯片單元上的位置發(fā)生變化時(shí)相應(yīng)的開(kāi)槽11的位置也發(fā)生同樣的位置變化。

在本步驟中，與所述焊窗13同時(shí)布置的包括功能電路131、132和指紋傳感陣列。

在本步驟中，焊窗13的形狀和數(shù)量根據(jù)需要進(jìn)行不同設(shè)計(jì)。

在本步驟中，可設(shè)置多個(gè)焊窗13，焊窗13之間保持一定的間距，該間距使得在制備通孔112時(shí)，不同焊盤(pán)13對(duì)應(yīng)的通孔112之間不相互干涉。

請(qǐng)參照?qǐng)D4b在步驟s2中在芯片單元1的第二表面116上通過(guò)空氣/化學(xué)刻蝕等方法制備開(kāi)槽11，開(kāi)槽11設(shè)置于焊窗13的下方，可以減薄芯片11的厚度，方便后續(xù)通孔112的制備。

在本步驟刻蝕方法決定了開(kāi)槽側(cè)壁的寬高比，空氣刻蝕形成的開(kāi)槽側(cè)壁與豎直方向夾角a大致為20°所述開(kāi)槽側(cè)壁高h(yuǎn)寬w比k為

在本步驟中，開(kāi)槽的底壁1122在第一表面上的投影區(qū)域s(同時(shí)參照?qǐng)D1)覆蓋所述焊窗13，以方便后續(xù)通孔112的制備。所述開(kāi)槽11為梯形結(jié)構(gòu)其中心軸x與開(kāi)槽的中心軸重合，在制備開(kāi)槽11時(shí)保持所述槽的左邊界110距離所述芯片第二表面116的左邊緣大于10um，同時(shí)保持開(kāi)槽11兩端的上下邊界110距離所述芯片第二表面的上下邊緣大于10um(參照?qǐng)D1或圖6b)。

在本實(shí)施例中，所述第二表面邊緣117應(yīng)當(dāng)理解第二表面116的最外側(cè)，所述開(kāi)槽的邊界110應(yīng)當(dāng)理解為開(kāi)槽11與第二表面的交界線(xiàn)；邊界110與第二表面邊緣117的距離應(yīng)當(dāng)理解為邊界110能夠達(dá)到的與第二表面邊緣118之間最小距離。

請(qǐng)參照?qǐng)D4c，在步驟s3中在開(kāi)槽11和焊窗13之間進(jìn)行刻蝕，形成貫穿第一表面115或焊窗13和第二表面116的通孔112，本實(shí)施例中通孔112的形狀為中空的圓臺(tái)狀，在其他實(shí)施例方式也可以為圓柱狀等。

請(qǐng)參照?qǐng)D4d所示，在芯片單元的第二表面116上且位于開(kāi)槽11的外圍形成圓形的焊盤(pán)12，然后在焊盤(pán)12和焊窗13之間利用布線(xiàn)121進(jìn)行電連接，使得所述功能電路產(chǎn)生與所述焊盤(pán)12電性導(dǎo)通。

在本實(shí)施例中所述布線(xiàn)形成在所述通孔1121壁、開(kāi)槽底壁1122、開(kāi)槽側(cè)壁1123和第二表面116。

請(qǐng)參照?qǐng)D4e在本實(shí)施方式中還可以設(shè)置多級(jí)的開(kāi)槽11，即重疊的梯形槽113所述布線(xiàn)121沿著梯形槽11、113的梯形延伸，所述多級(jí)梯形槽11的邊界110距離第二表面邊緣117的距離大于10um，即在制備所述梯形槽時(shí)至少保證所述多級(jí)梯形槽的第一級(jí)梯形槽的邊界距離110第二表面的邊緣117大于10um。

請(qǐng)參照?qǐng)D5和圖6a，在上述步驟s1中布置的焊窗和功能電路，按照?qǐng)D中從上至下順序依次是邏輯運(yùn)算電路132，esd保護(hù)電路131，焊窗13；焊窗13和邏輯運(yùn)算電路131和esd保護(hù)電路132形成一個(gè)電路布置單元14，多個(gè)所述電路布置單元14并列設(shè)置在芯片1的第一表面115上，所述焊窗13布置在靠近第一表面邊緣118一側(cè)的位置，所述邏輯運(yùn)算電路132和esd保護(hù)電路131布置在遠(yuǎn)離第一表面邊緣118的一側(cè)。因此，焊窗13和邏輯運(yùn)算電路132，esd保護(hù)電路131相對(duì)位置關(guān)系與現(xiàn)有技術(shù)相同，為了滿(mǎn)足在步驟s2中開(kāi)槽時(shí)所述所述開(kāi)槽11的邊界距離第二表面邊緣117開(kāi)槽大于10um，布置單元位置相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)整體向遠(yuǎn)離第一表面邊緣方向移動(dòng)，即向上、向右移動(dòng)(以紙面為參照)。

請(qǐng)參照?qǐng)D6b展示的焊窗的第二種布置方式，與圖6a中焊窗的布置區(qū)別在于在第一表面115的左側(cè)增加了多個(gè)布置單元14。增加的布置單元14位置相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)整體向遠(yuǎn)離第一表面邊緣118方向移動(dòng)，即向下、向左移動(dòng)(以紙面為參照)。

請(qǐng)參照?qǐng)D6c展示的焊窗的第三種布置方式，與圖6a中焊窗13的布置區(qū)別在于所述布置單元14的位置發(fā)生了顛倒，即邏輯運(yùn)算電路132，esd保護(hù)電路131布置在靠近第一表面邊緣118的位置，焊窗13布置在遠(yuǎn)離所述第一表面邊緣118的方向。相對(duì)與圖6a中焊窗布置方式的優(yōu)勢(shì)在于，將電路布置在下方焊窗13而電路布置需要占用一定的距離，焊窗13自然遠(yuǎn)離第一表面的邊緣118，能夠?yàn)椴襟Es2中開(kāi)槽11預(yù)留出足夠的距離使得開(kāi)槽11的邊界110距離第二表面開(kāi)槽大于10um，同時(shí)電路充分利用了芯片的面積，不會(huì)發(fā)生圖6a中部分芯片面積浪費(fèi)的情況。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。