一种改善影像问题的晶圆级封装方法及封装结构与流程

1.本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种改善影像问题的晶圆级封装方法及封装结构。


背景技术：

2.传统的图像传感器晶圆级芯片封装方法中，影像传感器的感光区会被玻璃空腔保护，背面会被si保护，背面的硅在减薄后通过硅通孔技术，再重布线实现信号输出，再包裹上阻焊胶和长上锡球，再切割成单颗封装体。然而这类芯片因为芯片感光区背面的si不能遮挡红外区域的光线的问题，在影像成像时会出现眩光或鬼影，会影响芯片的成像效果，降低芯片的影像品质。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种改善影像问题的晶圆级封装方法及封装结构。
4.为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
5.一种改善影像问题的晶圆级封装方法，包括以下步骤：
6.第一步，将晶圆进行键合，减薄和刻蚀硅；
7.第二步，在晶圆的硅基面制备黑色遮光层；
8.第三步，在硅基面制备绝缘层，重布线路，设置阻焊层；
9.第四步，长锡球，切割，得到单颗芯片。
10.进一步的，第一步中，将晶圆进行键合，减薄和刻蚀硅的步骤包括：
11.1)将晶圆进行键合：
12.首先，使用光刻阻焊剂在玻璃载板上制备围堰；其次，用滚筒在围堰上滚涂键合胶或用丝网在围堰上印刷键合胶；接着，用对位机将带键合胶的围堰与晶圆进行对位；最后，用真空压合机对围堰和晶圆进行压合；
13.2)研磨减薄，使晶圆厚度达到50-200μm；
14.3)采用等离子刻蚀机干法刻蚀或化学腐蚀刻蚀硅，使得到的硅通孔的开口尺寸为30-60μm，孔角度为60
°‑
90
°
。刻蚀硅的步骤主要为：首先，使用光阻制备图形；其次，按照光阻图形刻蚀出硅形貌；最后，去掉光阻。
15.进一步的，第二步中，通过丝网印刷或者3d打印制备黑色遮光层，所述黑色遮光层于120-200℃烘烤固化1-6h后得到，所述黑色遮光层的厚度为1-5μm。
16.更进一步的，丝网印刷的步骤包括：首先，定制丝网，此丝网在指定位置有开口可以流下黑色材料，其它位置没有开口、不会流下黑色材料；其次，在印刷机上安装丝网网板；接着，在印刷机上将晶圆与丝网进行对位；然后，将黑色材料倒在网板边缘一边，用刮刀将黑色材料刮到网板边缘另外一边；最后，将带有黑色材料的晶圆进行烘烤固化，温度120℃～200℃，时间1～6h。
17.更进一步的，3d打印步骤的步骤包括：首先，将黑色材料装到3d打印机的物料箱中，接着，将晶圆放在固定平台上，然后，调整3d打印机的喷头位置并设置其打印路径，使得黑色材料在指定位置流出，最后，将带有黑色材料的晶圆进行烘烤固化，温度120℃～200℃，时间1～6h。
18.更进一步的，所述黑色材料为黑色光刻胶或金属胶。
19.进一步的，第三步中，所述绝缘层采用绝缘胶或绝缘树脂等有机材料制成，厚度为1-20μm，最薄为1-3μm；或者，所述绝缘层采用氧化硅或氮化硅等无机材料制成，厚度为0.5-5μm，最薄为0.5-1μm。
20.进一步的，第三步中，所述阻焊层的厚度为10-40μm，为深色的油墨材质，含有树脂和无机填充剂sio2、mgo等。
21.本发明还公开了一种改善影像问题的晶圆级封装结构，采用如上所述的一种改善影像问题的晶圆级封装方法制备得到，包括：
22.玻璃载板；
23.围堰，间隔设置于玻璃载板上；
24.晶圆，通过键合胶贴于围堰上；
25.黑色遮光层，设置于晶圆上；
26.绝缘层，设置于晶圆的硅基面上；
27.线路，设置于绝缘层上；
28.阻焊层，包覆于线路表面；
29.锡球，设置于线路上。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
31.本发明公开了一种改善影像问题的晶圆级封装方法及封装结构，通过丝网印刷或者3d打印制备黑色遮光层，可实现改善影像效果、防眩光和鬼影，可在指定位置设置黑色遮光层，流程简单，成本低，不用曝光显影，不存在显影不洁风险，不会影响后制程的结合力，可用于替代溅射、光刻和刻蚀方案，不会有金属残留后导致的电性失效问题。
附图说明
32.图1为本发明的一种改善影像问题的晶圆级封装方法中第一步的结构示意图；
33.图2为本发明的一种改善影像问题的晶圆级封装方法中第二步的结构示意图；
34.图3为本发明的一种改善影像问题的晶圆级封装方法中第三步的结构示意图；
35.图4为本发明的一种改善影像问题的晶圆级封装方法中第四步的结构示意图。
具体实施方式
36.下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
37.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
38.如图1-4所示，一种改善影像问题的晶圆级封装方法，包括以下步骤：
39.第一步，将晶圆1进行键合，减薄和刻蚀硅；
40.第二步，在晶圆1的硅基面，用丝网印刷或者3d打印制备一层黑色遮光层2，厚度为1-5μm；
41.第三步，在硅基面制备绝缘层3，重布线路4，设置阻焊层5，厚度为10-40μm，为深色的油墨材质，含有树脂和无机填充剂sio2、mgo等；本步骤中设计的绝缘层3可在晶圆1和线路4之间起到隔离、绝缘的作用，避免晶圆1的功能层的所有回路发生短路；
42.第四步，长锡球6，切割，得到多个单颗芯片。
43.第一步中，将晶圆1进行键合，减薄和刻蚀硅的步骤包括：
44.1)将晶圆1进行键合：
45.首先，使用光刻阻焊剂在玻璃载板9上制备围堰8；其次，用滚筒在围堰8上滚涂键合胶7或用丝网在围堰8上印刷键合胶7；接着，用对位机将带键合胶7的围堰8与晶圆1进行对位；最后，用真空压合机对围堰8和晶圆1进行压合；
46.2)研磨减薄，使晶圆1厚度达到50-200μm；
47.3)采用等离子刻蚀机干法刻蚀或化学腐蚀刻蚀硅，使得到的硅通孔的开口尺寸为30-60μm，孔角度为60
°‑
90
°
。刻蚀硅的步骤主要为：首先，使用光阻制备图形；其次，按照光阻图形刻蚀出硅形貌；最后，去掉光阻。
48.第二步中，丝网印刷的步骤包括：首先，定制丝网，此丝网在指定位置有开口可以流下黑色材料，其它位置没有开口、不会流下黑色材料；其次，在印刷机上安装丝网网板；接着，在印刷机上将晶圆1与丝网进行对位；然后，将黑色材料倒在网板边缘一边，用刮刀将黑色材料刮到网板边缘另外一边；最后，将带有黑色材料的晶圆1进行烘烤固化，温度120℃～200℃，时间1～6h。
49.第二步中，3d打印步骤的步骤包括：首先，将黑色材料装到3d打印机的物料箱中，接着，将晶圆1放在固定平台上，然后，调整3d打印机的喷头位置并设置其打印路径，使得黑色材料在指定位置流出，最后，将带有黑色材料的晶圆1进行烘烤固化，温度120℃～200℃，时间1～6h。
50.黑色材料为黑色光刻胶或金属胶。
51.第三步中，绝缘层3采用绝缘胶或绝缘树脂等有机材料，通过旋涂或者喷涂的方式制成，厚度为1-20μm，最薄为1-3μm；或者，绝缘层3采用氧化硅或氮化硅等无机材料，通过化学气相沉积方式制成，厚度为0.5-5μm，最薄为0.5-1μm。
52.本发明还公开了一种改善影像问题的晶圆级封装结构，包括：
53.玻璃载板9；
54.围堰8，间隔设置于玻璃载板9上；
55.晶圆1，通过键合胶7贴于围堰8上；
56.黑色遮光层2，设置于晶圆1上；
57.绝缘层3，设置于晶圆1的硅基面上；
58.线路4，设置于绝缘层3上；
59.阻焊层5，包覆于线路4表面；
60.锡球6，设置于线路4上。
61.实施例1
62.如图1-4所示，一种改善影像问题的晶圆级封装方法，包括以下步骤：
63.第一步，将晶圆1进行键合，减薄和刻蚀硅；
64.第二步，在晶圆1指定区域的硅基面，用丝网印刷技术制备一层黑色遮光层2，厚度为2μm；
65.第三步，在硅基面制备绝缘层3，重布线路4，设置阻焊层5，厚度为10μm，为深色的油墨材质，含有树脂和无机填充剂sio2、mgo等；本步骤中设计的绝缘层3可在晶圆1和线路4之间起到隔离、绝缘的作用，避免晶圆1的功能层的所有回路发生短路；
66.第四步，长锡球6，切割，得到多个单颗芯片。
67.第一步中，将晶圆1进行键合，减薄和刻蚀硅的步骤包括：
68.1)将晶圆1进行键合：
69.首先，使用光刻阻焊剂在玻璃载板9上制备围堰8；其次，用滚筒在围堰8上滚涂键合胶7或用丝网在围堰8上印刷键合胶7；接着，用对位机将带键合胶7的围堰8与晶圆1进行对位；最后，用真空压合机对围堰8和晶圆1进行压合；
70.2)研磨减薄，使晶圆1厚度达到100μm；
71.3)采用等离子刻蚀机干法刻蚀或化学腐蚀刻蚀硅，使得到的硅通孔的开口尺寸为30μm，孔角度为60
°‑
90
°
。刻蚀硅的步骤主要为：首先，使用光阻制备图形；其次，按照光阻图形刻蚀出硅形貌；最后，去掉光阻。
72.第二步中，丝网印刷的步骤包括：首先，定制丝网，此丝网在指定位置有开口可以流下黑色材料，其它位置没有开口、不会流下黑色材料；其次，在印刷机上安装丝网网板；接着，在印刷机上将晶圆1与丝网进行对位；然后，将黑色材料倒在网板边缘一边，用刮刀将黑色材料刮到网板边缘另外一边；最后，将带有黑色材料的晶圆1进行烘烤固化，温度120℃，时间6h。
73.第二步中，3d打印步骤的步骤包括：首先，将黑色材料装到3d打印机的物料箱中，接着，将晶圆1放在固定平台上，然后，调整3d打印机的喷头位置并设置其打印路径，使得黑色材料在指定位置流出，最后，将带有黑色材料的晶圆1进行烘烤固化，温度120℃，时间6h。
74.黑色材料为黑色光刻胶。
75.第三步中，绝缘层3采用绝缘胶，通过旋涂或者喷涂的方式制成，厚度为1μm，最薄为1-3μm。
76.本实施例还公开了一种改善影像问题的晶圆级封装结构，包括：
77.玻璃载板9；
78.围堰8，间隔设置于玻璃载板9上；
79.晶圆1，通过键合胶7贴于围堰8上；
80.黑色遮光层2，设置于晶圆1上；
81.绝缘层3，设置于晶圆1的硅基面上；
82.线路4，设置于绝缘层3上；
83.阻焊层5，包覆于线路4表面；
84.锡球6，设置于线路4上。
85.本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。
86.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种改善影像问题的晶圆级封装方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，将晶圆进行键合，减薄和刻蚀硅；第二步，在晶圆的硅基面制备黑色遮光层；第三步，在硅基面制备绝缘层，重布线路，设置阻焊层；第四步，长锡球，切割，得到单颗芯片。2.根据权利要求1所述的一种改善影像问题的晶圆级封装方法，其特征在于，第一步中，将晶圆进行键合，减薄和刻蚀硅的步骤包括：1)将晶圆进行键合：首先，使用光刻阻焊剂在玻璃载板上制备围堰；其次，用滚筒在围堰上滚涂键合胶或用丝网在围堰上印刷键合胶；接着，用对位机将带键合胶的围堰与晶圆进行对位；最后，用真空压合机对围堰和晶圆进行压合；2)研磨减薄，使晶圆厚度达到50-200μm；3)采用干法刻蚀或药液腐蚀刻蚀硅，使得到的硅通孔的开口尺寸为30-60μm，孔角度为60
°‑
90
°
。3.根据权利要求1所述的一种改善影像问题的晶圆级封装方法，其特征在于，第二步中，通过丝网印刷或者3d打印制备黑色遮光层，所述黑色遮光层于120-200℃烘烤固化1-6h后得到。4.根据权利要求1或3所述的一种改善影像问题的晶圆级封装方法，其特征在于，所述黑色遮光层的厚度为1-5μm。5.根据权利要求1所述的一种改善影像问题的晶圆级封装方法，其特征在于，第三步中，所述绝缘层采用绝缘胶或绝缘树脂制成，厚度为1-20μm；或者，所述绝缘层采用氧化硅或氮化硅制成，厚度为0.5-5μm。6.根据权利要求1所述的一种改善影像问题的晶圆级封装方法，其特征在于，第三步中，所述阻焊层的厚度为10-40μm。7.一种改善影像问题的晶圆级封装结构，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述的一种改善影像问题的晶圆级封装方法制备得到，包括：玻璃载板；围堰，间隔设置于玻璃载板上；晶圆，通过键合胶贴于围堰上；黑色遮光层，设置于晶圆上；绝缘层，设置于晶圆的硅基面上；线路，设置于绝缘层上；阻焊层，包覆于线路表面；锡球，设置于线路上。

技术总结
本发明公开了一种改善影像问题的晶圆级封装方法及封装结构，该封装方法包括以下步骤：第一步，将晶圆进行键合，减薄和刻蚀硅；第二步，在晶圆的硅基面制备黑色遮光层；第三步，在硅基面制备绝缘层，重布线路，设置阻焊层；第四步，长锡球，切割，得到单颗芯片。本发明提供的改善影像问题的晶圆级封装方法及封装结构，通过丝网印刷或者3D打印制备黑色遮光层，可实现改善影像效果、防眩光和鬼影，流程简单，成本低，不用曝光显影，不存在显影不洁风险，不会影响后制程的结合力，可用于替代溅射、光刻和刻蚀方案，不会有金属残留后导致的电性失效问题。题。题。


技术研发人员：马书英 刘轶 邓家垒 郑健
受保护的技术使用者：华天科技（昆山）电子有限公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/16