封装结构及封装方法与流程

1.本发明涉及半导体封装领域，尤其涉及一种封装结构及封装方法。


背景技术：

2.光学传感器是依据光学原理进行测量的，具有诸如非接触和非破坏性测量、几乎不受干扰、高速传输以及可遥测、遥控等特点，广泛应用于航天、航空、国防科研、信息产业、机械、电力、能源、交通、生物、医学等领域。目前，光学传感器主要有：光学图像传感器、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。
3.传统的光学传感器封装通常采用引线键合的方式进行电连接，并在传感器芯片上方安装透光盖板来实现对传感器芯片的透光及密封保护，再采用塑封料塑封。但是，在封装过程中，透光盖板容易被塑封料溢料污染，影响光学传感器的灵敏度；另外，透光盖板可能会因过大的合模压力而损伤，影响光学传感器封装结构的可靠性。
4.因此，提供一种新的封装结构及其封装方法成为目前研究的重点。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是，提供一种新的封装结构及封装方法。
6.为了解决上述问题，本发明提供了一种封装方法，包括：
7.提供基板，所述基板表面设置有与所述基板电连接的传感器芯片，所述传感器芯片背离所述基板的表面具有光接收区；
8.在所述传感器芯片上设置透光盖板，所述透光盖板覆盖所述光接收区，且在背离所述传感器芯片的一侧设置有隔离膜；
9.塑封，以形成塑封层，所述塑封层包覆所述传感器芯片、所述透光盖板及所述隔离膜；
10.自所述塑封层背离所述基板的一侧减薄所述塑封层，形成塑封体，所述塑封体暴露出所述隔离膜；
11.去除所述隔离膜，用以暴露出所述透光盖板。
12.在一实施例中，在所述传感器芯片上设置透光盖板的步骤之前包括：
13.在所述透光盖板表面形成所述隔离膜；
14.在所述传感器芯片上设置透光盖板的步骤中，将所述透光盖板背离所述隔离膜的表面贴附在所述传感器芯片上。
15.在一实施例中，在所述传感器芯片上设置透光盖板的步骤包括：
16.将所述透光盖板设置在所述传感器芯片上；
17.在所述透光盖板背离所述传感器芯片的表面贴附隔离膜。
18.在一实施例中，在所述传感器芯片上设置透光盖板的步骤包括：
19.将所述透光盖板通过粘结层固定在所述传感器芯片上，所述粘结层为透光层。
20.在一实施例中，自所述塑封层背离所述基板的一侧减薄所述塑封层的步骤包括：
21.粗研磨所述塑封层，以减薄设定厚度的所述塑封层；
22.精研磨所述塑封层至暴露出所述隔离膜。
23.在一实施例中，塑封，以形成塑封层的步骤中，所述隔离膜至所述塑封层上表面的距离大于设定值。
24.在一实施例中，所述传感器芯片背离所述基板的表面还设置有导电焊垫，在所述基板表面设置所述传感器芯片的方法包括：
25.将所述传感器芯片贴附在所述基板表面；
26.通过导电引线将所述导电焊垫与所述基板电连接。
27.本发明还提供一种封装结构，其包括：
28.基板；
29.传感器芯片，设置在所述基板上，且与所述基板电连接，所述传感器芯片背离所述基板的表面具有光接收区；
30.透光盖板，设置在所述传感器芯片上，且覆盖所述光接收区；
31.塑封体，覆盖所述基板及所述传感器芯片未被遮挡的表面，并包覆所述透光盖板的侧面，在垂直所述基板的方向上，所述透光盖板的表面低于所述塑封体的上表面。
32.在一实施例中，所述透光盖板通过粘结层固定在所述传感器芯片上，所述粘结层为透光层。
33.在本发明实施例提供的封装方法中，塑封层覆盖透光盖板的表面，并利用隔离膜隔离塑封层与透光盖板，以避免塑封层与透光盖板需要透光的表面接触，在减薄塑封层以及去除隔离膜后暴露出透光盖板，形成封装结构。本发明封装方法在塑封过程中，透光盖板无需与塑封模具的塑封腔上表面接触，避免了塑封模具的压力对透光盖板产生影响，实现对透光盖板有效透光区域的控制，且能够避免透光盖板因压力过大而破裂，大大提高了封装结构的稳定性及良率。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明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要介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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它的附图。
35.图1是现有的塑封工艺的示意图；
36.图2是本发明一实施例提供的封装方法的步骤示意图；
37.图3a～图3f是本发明一实施例提供的封装方法的工艺流程图。
具体实施方式
38.如背景技术所述，传统的光学传感器封装通常采用引线键合的方式进行电连接，并在传感器芯片上方安装透光盖板来实现对传感器芯片的透光及密封保护，再采用塑封料塑封。具体地说，请参阅图1，图1是现有的塑封工艺的示意图，在基板100上设置有传感器芯片110，传感器芯片110背离所述基板100的表面设置有光接收区111，在所述传感器芯片110上设置有透光盖板120，所述透光盖板120覆盖所述光接收区111。在采用进行塑封时，需要
将所述基板100、传感器芯片110及透光盖板120置于塑封模具的塑封腔130中，再向塑封腔130中填充塑封料，以实现塑封，形成封装结构。为了使所述透光盖板120暴露于所述封装结构，需要利用塑封模具的压力使所述透光盖板120背离所述传感器芯片110的表面与所述塑封腔130的上表面贴合，从而在塑封时避免塑封料蔓延到所述透光盖板120的表面。
39.但是，塑封模具的压力不易控制，若是压力过小，塑封腔130上表面无法与透光盖板120完全贴合，可能会使塑封料蔓延到透光盖板表面的边缘或者内部，使得所述透光盖板120有效透光区域减小，无法实现对有效透光区域的精确控制，甚至还会影响封装结构的灵敏度；若是压力过大，可能会导致所述透光盖板120无法承受该压力而破裂，影响封装结构的良率及品质。
40.鉴于此，本发明一实施例提供一种封装结构及其封装方法，其能够避免塑封模具的压力对透光盖板产生影响，实现对有效透光区域的控制，且能够避免透光盖板因压力过大而破裂，大大提高了封装结构的稳定性及良率。
41.下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
42.图2是本发明一实施例提供的封装方法的步骤示意图。请参阅图2，所述封装方法包括：步骤s10，提供基板300，所述基板300表面设置有与所述基板300电连接的传感器芯片310，所述传感器芯片310背离所述基板300的表面具有光接收区311；步骤s11，在所述传感器芯片310上设置透光盖板320，所述透光盖板320覆盖所述光接收区311，且在背离所述传感器芯片310的一侧设置有隔离膜330；步骤s12，塑封，以形成塑封层340，所述塑封层340包覆所述传感器芯片310、所述透光盖板320及所述隔离膜330；步骤s13，自所述塑封层340背离所述基板300的一侧减薄所述塑封层340，形成塑封体350，所述塑封体350暴露出所述隔离膜330；步骤s14，去除所述隔离膜330，用以暴露出所述透光盖板320。
43.在本发明实施例提供的封装方法中，塑封层340覆盖所述透光盖板320的表面，隔离膜330隔离所述塑封层340与所述透光盖板320，以避免塑封层340与所述透光盖板320需要透光的表面接触，再减薄所述塑封层340以及去除所述隔离膜330，暴露出所述透光盖板320，在塑封过程中，透光盖板320无需与塑封模具的塑封腔上表面接触，避免了塑封模具的压力对透光盖板320产生影响，实现对透光盖板320有效透光区域的控制，且能够避免透光盖板320因压力过大而破裂，大大提高了封装结构的稳定性及良率。
44.图3a～图3f是本发明一实施例提供的封装方法的工艺流程图。
45.请参阅图2及图3a，提供基板300，所述基板300表面设置有与所述基板300电连接的传感器芯片310，所述传感器芯片310背离所述基板300的表面具有光接收区311。
46.所述基板300具有上表面300a及下表面300b，所述上表面300a与所述下表面300b相背设置，所述传感器芯片310设置在所述基板300的上表面300a。
47.所述基板300用于支撑所述传感器芯片310以及用于将所述传感器芯片310与外部电路板电性连接。所述基板300包括但不限于硅基基板、玻璃基板、金属基板、半导体基板、聚合物基板、陶瓷基板中的任意一种。在所述基板300内设置有导电互连结构，所述传感器芯片310通过所述导电互连结构与外部电路板电性连接。
48.如图3a所示，在所述基板300的上表面300a设置有第一导电焊垫301，在所述基板300的下表面300b设置有第二导电焊垫302，所述第一导电焊垫301与所述第二导电焊垫302通过所述基板300内部的导电互连结构实现电性连接。所述第二导电焊垫302可用于与外部电路板电连接。
49.所述传感器芯片310为光传感器芯片，其用于接收光，并实现光电转换。在一些实施例中，所述传感器芯片310包括但不限于硅光芯片。所述传感器芯片310背离所述基板300的表面设置的光接收区311用于接收光。
50.所述传感器芯片310贴附在所述基板300的上表面300a，且所述传感器背离所述基板300的表面设置有第三导电焊垫312，所述第三导电焊垫312通过导电引线313与所述基板300的第一导电焊垫301电连接，进而实现所述传感器芯片310与外部电路板的电性连接。
51.作为示例，本发明一实施例提供一种在所述基板300表面设置所述传感器芯片310的方法。所述方法包括：将所述传感器芯片310贴附在所述基板300的表面，例如将所述传感器芯片310贴附在所述基板300的上表面300a；通过导电引线313将所述第三导电焊垫312与所述基板300上的所述第一导电焊垫301电连接。通过导电引线313将所述第三导电焊垫312与所述基板300上的所述第一导电焊垫301电连接的方法包括但不限于引线键合(wirebonding)。
52.在一些实施例中，所述传感器芯片310通过粘附膜390(die attach film，daf)与所述基板300的上表面300a贴附，在另一些实施例中，所述传感器芯片310也可通过其他粘附材料固定在所述基板300上表面300a。
53.请参阅图2及图3b，步骤s11，在所述传感器芯片310上设置透光盖板320，所述透光盖板320覆盖所述光接收区311，且在背离所述传感器芯片310的一侧设置有隔离膜330。
54.所述透光盖板320允许外界光入射至所述传感器芯片310的光接收区311，所述透光盖板320包括但不限于玻璃板。在一些实施例中，将所述透光盖板320通过粘结层380固定在所述传感器芯片310上，所述粘结层380为透光层，所述粘结层380不会阻挡外界光入射至所述光接收区311。在一些实施例中，所述粘结层380包括但不限于粘附膜(die attach film，daf)。
55.作为示例，本发明一实施例提供一种在所述传感器芯片310上设置透光盖板320的方法，所述方法包括：在所述传感器芯片310背离所述基板300的表面形成粘结材料层；图案化所述粘结材料层，保留需要设置透光盖板320的区域的粘结材料层，用以作为粘结层380，在所述粘结层380上贴附透光盖板320，以实现透光盖板320的固定。在另一些实施例中，还可以在将所述透光盖板320设置在所述粘结材料层上后，再去除未设置所述透光盖板320的区域的粘结材料层。
56.所述隔离膜330设置在所述透光盖板320背离所述传感器芯片310的一面，即所述隔离膜330设置在所述透光盖板320需要入射光的一面，作为所述透光盖板320的保护层，避免塑封时塑封料与所述透光盖板320表面接触。在一些实施例中，所述隔离膜330可以为蓝膜、uv膜等，其可通过粘附的形式固定在所述透光盖板320表面。
57.在一些实施例中，在所述传感器芯片310上设置所述透光盖板320的步骤之前或者之后执行在所述透光盖板320上形成所述隔离膜330的步骤。
58.例如，在一些实施例中，先在所述透光盖板320表面形成所述隔离膜330；再将所述
透光盖板320背离所述隔离膜330的表面贴附在所述传感器芯片310上。该种方法工艺难度低，且可在一张大尺寸的透光盖板320上贴附所述隔离膜330后再切割形成小尺寸的透光盖板320，可实现批量化生产。
59.再例如，在一些实施例中，将未覆盖有所述隔离膜330的所述透光盖板320设置在所述传感器芯片310上；在所述透光盖板320背离所述传感器芯片310的表面贴附所述隔离膜330。该种方法能够避免隔离膜330被破坏，保证了隔离膜330的完整性。
60.请参阅图1及图3c，步骤s12，塑封，以形成塑封层340，所述塑封层340包覆所述传感器芯片310、所述透光盖板320及所述隔离膜330。
61.在该步骤中，将上述半导体结构置于塑封模具的塑封腔400中，并向所述塑封腔400中填充塑封料，所述塑封料充满所述塑封腔400，并覆盖所述基板300暴露的表面、所述传感器芯片310侧面及未被所述透光盖板320覆盖的表面、所述透光盖板320的侧面、以及所述隔离膜330的表面，所述隔离膜330隔离所述透光盖板320与塑封料。在执行塑封工艺时，所述透光盖板320的表面并未与所述塑封腔400的上表面接触，塑封模具无需向所述透光盖板320施加压力，从而避免透光盖板320因压力过大而破裂的情况发生。
62.在一些实施例中，所述隔离膜330至所述塑封层340上表面的距离h大于设定值，即所述隔离膜330至塑封腔400的上表面的距离大于设定值，能够为塑封料的流动提供足够的空间，避免塑封料因流动空间过小而无法完全覆盖所述隔离膜330的表面。所述设定值可根据工艺需求而设定。
63.请参阅图1、图3d及图3e，步骤s13，自所述塑封层340背离所述基板300的一侧减薄所述塑封层340，形成塑封体350，所述塑封体350暴露出所述隔离膜330。
64.在该步骤中，可采用研磨工艺减薄所述塑封层340，进而形成所述塑封体350。
65.所述研磨工艺包括粗研磨、精研磨或者二者的组合。在一些实施例中，可采用先粗研磨，再精研磨的方法形成所述塑封体350。例如，请参阅图3d，先粗研磨所述塑封层340，以减薄设定厚度的所述塑封层340；请参阅图3e，再精研磨所述塑封层340至暴露出所述隔离膜330。其中，粗研磨工艺能够快速减薄所述塑封层340，节省工艺时间，精研磨减薄速度慢，能够避免过度减薄而破坏所述透光盖板320，且能够形成平坦无划痕的塑封体350表面。粗研磨步骤可采用机械研磨，或者化学机械研磨((chemical mechanical polishing，cmp))，其中，化学机械研磨可采用研磨速率较高的工艺，以快速减薄所述塑封层340。精研磨步骤可采用研磨速率较低的化学机械研磨，以避免过度减薄而破坏所述透光盖板320，以及破坏所述塑封体350表面平坦度。
66.请参阅图1及图3f，步骤s14，去除所述隔离膜330，用以暴露出所述透光盖板320。在该步骤中，可通过加热、剥离溶液浸泡、或者外部辅助设备来去除所述隔离膜330。
67.在一些实施例中，在形成所述塑封体350后，在垂直所述基板300的方向(如图3e及图3f中的z方向)上，所述塑封体350的上表面与所述隔离膜330的表面平齐，则在该去除所述隔离膜330的步骤后，所述透光盖板320的表面低于所述塑封体350的上表面。
68.在本发明的封装方法中，所述透光盖板320被所述隔离膜330覆盖的区域为其有效透光区域，实现对透光盖板320有效透光区域的控制，且透光盖板320无需与塑封模具的塑封腔400上表面接触，避免了塑封模具的压力对透光盖板320产生影响，大大提高了封装结构的稳定性及良率。
69.本发明还提供一种采用上述封装方法形成的封装结构。请参阅图3a～图3f，所述封装结构包括基板300、传感器芯片310、透光盖板320及塑封体350。所述传感器芯片310设置在所述基板300上，且与所述基板300电连接，所述传感器芯片310背离所述基板300的表面具有光接收区311；所述透光盖板320设置在所述传感器芯片310上，且覆盖所述光接收区311；所述塑封体350覆盖所述基板300及所述传感器芯片310未被遮挡的表面，并包覆所述透光盖板320的侧面，在垂直所述基板300的方向上，所述透光盖板320的表面低于所述塑封体350的上表面。
70.所述基板300具有上表面300a及下表面300b，所述上表面300a与所述下表面300b相背设置，所述传感器芯片310设置在所述基板300的上表面300a。所述传感器芯片310为光传感器芯片310，其用于接收光，并实现光电转换。所述传感器芯片310背离所述基板300的表面设置的光接收区311用于接收光。
71.在一些实施例中，在所述基板300的上表面300a设置有第一导电焊垫301，在所述基板300的下表面300b设置有第二导电焊垫302，所述第一导电焊垫301与所述第二导电焊垫302通过所述基板300内部的导电互连结构实现电性连接；所述传感器芯片310贴附在所述基板300的上表面300a，且所述传感器背离所述基板300的表面设置有第三导电焊垫312，所述第三导电焊垫312通过导电引线313与所述基板300的第一导电焊垫301电连接，进而实现所述传感器芯片310与外部电路板的电性连接。
72.所述透光盖板320允许外界光入射至所述传感器芯片310的光接收区311，所述透光盖板320包括但不限于玻璃板。在一些实施例中，所述透光盖板320通过粘结层380固定在所述传感器芯片310上，所述粘结层380为透光层，其不会阻挡外界光入射至所述光接收区311。在一些实施例中，所述粘结层380包括但不限于粘附膜(die attach film，daf)。
73.所述塑封体350的材料包括但不限于环氧树脂。在垂直所述基板300的方向(如图中的z方向)上，受到封装工艺的限制，所述透光盖板320的表面低于所述塑封体350的上表面。
74.本发明实施例提供的封装结构，其透光盖板320的有效透光区域一致性高，大大提高了封装结构的稳定性。
75.需要说明的是，本发明的文件中涉及的术语“包括”和“具有”以及它们的变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，除非上下文有明确指示，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。术语“一个或多个”至少部分取决于上下文，可以用于以单数意义描述特征、结构或特性，或可以用于以复数意义描述特征、结构或特征的组合。术语“基于”可以被理解为不一定旨在表达一组排他性的因素，而是可以替代地，同样至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其它因素。另外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。此外，在以上说明中，省略了对公知组件和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。上述各个实施例中，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同/相似的部分互相参见即可。
76.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。。

技术特征：
1.一种封装方法，其特征在于，包括：提供基板，所述基板表面设置有与所述基板电连接的传感器芯片，所述传感器芯片背离所述基板的表面具有光接收区；在所述传感器芯片上设置透光盖板，所述透光盖板覆盖所述光接收区，且在背离所述传感器芯片的一侧设置有隔离膜；塑封，以形成塑封层，所述塑封层包覆所述传感器芯片、所述透光盖板及所述隔离膜；自所述塑封层背离所述基板的一侧减薄所述塑封层，形成塑封体，所述塑封体暴露出所述隔离膜；去除所述隔离膜，用以暴露出所述透光盖板。2.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，在所述传感器芯片上设置透光盖板的步骤之前包括：在所述透光盖板表面形成所述隔离膜；在所述传感器芯片上设置透光盖板的步骤中，将所述透光盖板背离所述隔离膜的表面贴附在所述传感器芯片上。3.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，在所述传感器芯片上设置透光盖板的步骤包括：将所述透光盖板设置在所述传感器芯片上；在所述透光盖板背离所述传感器芯片的表面贴附隔离膜。4.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，在所述传感器芯片上设置透光盖板的步骤包括：将所述透光盖板通过粘结层固定在所述传感器芯片上，所述粘结层为透光层。5.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，自所述塑封层背离所述基板的一侧减薄所述塑封层的步骤包括：粗研磨所述塑封层，以减薄设定厚度的所述塑封层；精研磨所述塑封层至暴露出所述隔离膜。6.根据权利要求1～5任意一项所述的封装方法，其特征在于，塑封，以形成塑封层的步骤中，所述隔离膜至所述塑封层上表面的距离大于设定值。7.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述传感器芯片背离所述基板的表面还设置有导电焊垫，在所述基板表面设置所述传感器芯片的方法包括：将所述传感器芯片贴附在所述基板表面；通过导电引线将所述导电焊垫与所述基板电连接。8.一种封装结构，其特征在于，包括：基板；传感器芯片，设置在所述基板上，且与所述基板电连接，所述传感器芯片背离所述基板的表面具有光接收区；透光盖板，设置在所述传感器芯片上，且覆盖所述光接收区；塑封体，覆盖所述基板及所述传感器芯片未被遮挡的表面，并包覆所述透光盖板的侧面，在垂直所述基板的方向上，所述透光盖板的表面低于所述塑封体的上表面。9.根据权利要求8所述的封装结构，其特征在于，所述透光盖板通过粘结层固定在所述
传感器芯片上，所述粘结层为透光层。

技术总结
本发明提供一种封装结构及封装方法，封装方法包括：提供基板，基板表面设置有与基板电连接的传感器芯片，传感器芯片背离基板的表面具有光接收区；在传感器芯片上设置透光盖板，透光盖板覆盖光接收区，且在背离传感器芯片的一侧设置有隔离膜；塑封，以形成塑封层，塑封层包覆传感器芯片、透光盖板及隔离膜；自塑封层背离基板的一侧减薄塑封层，形成塑封体，塑封体暴露出隔离膜；去除隔离膜，用以暴露出透光盖板。本发明封装方法在塑封过程中，透光盖板无需与塑封模具的塑封腔上表面接触，避免了塑封模具的压力对透光盖板产生影响，实现对透光盖板有效透光区域的控制，且能够避免透光盖板因压力过大而破裂，大大提高了封装结构的稳定性及良率。性及良率。性及良率。


技术研发人员：杨先方 李鹏 汤恒立 李俊君
受保护的技术使用者：江苏长电科技股份有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/8/21