图像传感器的电子封装及其封装方法技术

提供了一种半导体器件封装及其制作方法。所述半导体器件封装一般包括至少一个半导体管芯和耦合至半导体管芯的衬底。半导体管芯设有限定出密封区域的前侧、以及在所述前侧上形成的第一焊料密封环焊盘。所述衬底设有与半导体管芯的所述前侧相对的正面，在所述正面上形成有第二焊料密封环焊盘。焊料密封环结构夹于半导体管芯的第一焊料密封环焊盘和衬底的第二焊料密封环焊盘之间，以使得所述焊料密封环结构环绕所述密封区域的实质部分外围地延伸，从而在所述密封区域、在半导体管芯和衬底之间基本围起空腔。所述焊料密封环结构包括至少一个通风部分，所述至少一个通风部分抵靠衬底和半导体管芯的至少之一而限定出与空腔开放连通的气孔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及半导体集成电路的电子封装。更具体地讲，本专利技术涉及图像传感半导体器件的电子封装。
技术介绍
图像传感器(或图像传感半导体器件)在各种数字摄影领域有着广泛应用。其可用于数字照相机和可携式摄像机中，自大约1999制造商开始将其并入蜂窝电话器件以来，其市场便急剧扩大。如图1所示，图像传感器管芯2包括位于其中央的图像传感区4(所谓的“像素区”)、以及环绕其周边区域用于电输入和输出的电接线端6(所谓的“焊接盘”)。通常，图像传感器区4包括设置于底部的多个光电二极管，用以将光信号转换成电信号。红、绿、蓝滤色器设置于光电二极管上方，以区分引入的光的颜色。微透镜依次设置于滤色器上方，用于提高到达光电二极管的光强。在图1中示意性示出的图像传感器管芯的配置中，为了简便和清晰起见仅示出了图像传感区4和接线端6。半导体器件一般被封装在所谓的“塑料封装”中，并由环氧树脂模塑料将器件完全包裹以进行保护。然而，就图像传感器来说，光必须传递到图像传感区。因此，这种塑料封装一般不适合作为图像传感器的电子封装。具有玻璃盖顶部的陶瓷封装已用于图像传感器的封装。图2以示意性剖面图的形式示出了这样一种陶瓷封装。如图所示，陶瓷封装10包括多层陶瓷衬底14和采用环氧树脂等附着至衬底中央部分的图像传感器芯片12。金丝将图像传感器芯片与衬底电连接。玻璃盖16附着至封装顶部，以使光进入图像传感器芯片的图像传感区。这种封装具有较好的坚固性。然而，这种封装通常非常昂贵。此外，在大多数情况下，这种封装对于像蜂窝电话一样的手持应用来说尺寸不够小。由于这些因素，因此这种陶瓷封装主要用于与尺寸紧凑或价格低相比，更关注高可靠性的应用中，例如数字照相机和可携式摄像机中。这种封装通常不用于像摄像头电话一样的价格低和尺寸紧凑比可靠性更重要的应用中。虽然并未单独示出，但在本领域中还公知这样一种采用塑料无引线芯片载体(PLCC)配置的塑料封装，其并入典型的引线框和模塑料特征，但同时包括玻璃盖顶，以用作图像传感器封装。这种封装结构对于精通图像传感器封装领域的人员来说是熟知的。这种封装的一个显著的优点在于与陶瓷封装相比其成本往往较低。然而，这种封装并不如陶瓷封装坚固，而且也不如对等的陶瓷封装紧凑。由于这些原因，这种塑料封装结构已主要用于某些PC摄像头应用中，在这些应用中，与可靠性或尺寸相比，价格低是最重要的要求。在本领域中建议用于图像传感器的另一种封装选择是以迭层片衬底代替陶瓷衬底，并具有与陶瓷封装相同的配置。该选择可证实具有稍低的成本，但是也未能提供手持应用通常所需的紧凑度。由于这种封装结构对于精通图像传感器封装领域的人员来说是熟知的，因此为了简便和清晰起见而省略了示意性示出这种封装的图示。对于例如蜂窝电话的手持应用来说，上述封装未能提供足够的紧凑性。鉴于市场近来出现的巨大增长，用于低价格、小尺寸图像传感器的芯片级(或尺寸)封装(CSP)技术引起了手持应用领域业者的很大兴趣。适合于图像传感器的CSP技术由Shellcase有限公司提出。其详细技术在第5,716,759号、第6,040,235号和第6,117,707号美国专利中公开。图3显示了根据该技术形成的封装的示意性剖视图。对用于形成所述结构的方法进行说明，可有助于更好地理解这种封装的优缺点。首先，图像传感器晶片设置有延伸至其划片区域的焊接盘，所述划片区域在相邻管芯之间具有较窄的宽度。划片宽度必须足够宽于半导体工业中通常采用的大约100微米的宽度。这一特殊要求限制了这种封装在实践中的应用。为了根据该项技术形成图3所示的封装20，图像传感器晶片22的正面通过使用环氧树脂21或类似物而附着至玻璃晶片24。然后，通过研磨而使图像传感器晶片的背面变薄。一般地，晶片厚度在变薄之前约为725微米，而在变薄之后约为100微米。本文为了简便和清晰起见而省略了对为何需要变薄的详细说明。此后，通过使用环氧树脂或类似物而将另一玻璃晶片附着至图像传感器晶片后表面。然后，将所述晶片部分划片至足够深度，从而使延伸至划片线的接线端暴露出。在该操作中采用具有一定顶锥角的特殊的划片刀片，以形成沟渠状结构，而在这种沟渠状结构中，接线端由沟渠的内表面露出。之后，在所述表面上方通过金属层沉积和构图而形成互连金属线。为了简便和清晰起见，省略了对完成这种封装所需的进一步的处理步骤的附加描述。该项技术最重要的优点在于，所形成的封装尺寸大约与图像传感器管芯的尺寸相同。然而，该项技术也存在几个重要缺点。最主要的缺点在于结构太复杂，且工艺技术也太难。为了简便和清晰起见而再次省略了详细说明，但是这些缺点是精通晶片级封装领域的人员熟知的。由于这些缺点，所需的制造成本往往非常高，且往往难以实现足够高的成品率，从而增加了总体制造成本。该项技术还存在其他缺点。其中一个缺点在于，图像传感器晶片必须满足某些特殊要求，例如，接线端必须延伸至划片区域，因此相关的宽度必须充分大于正常宽度。考虑到需要较宽的划片线，这样往往会减少在给定晶片上可实现的管芯总数。实际上，采用该项技术的图像传感器制造者，不得不生产多种晶片类型，其中一种类型适于这种封装技术，而其他具有更传统配置的类型适于其他一般封装技术。这样导致了附加的成本。该项技术的另一缺点在于，晶片上的所有管芯都要经历该项技术中的全部制造工艺。在这种情况下，制造成本极大地取决于各图像传感器晶片的成品率。例如，一种设备具有80％的图像传感器晶片成品率，而另一种设备具有40％的成品率，后一种情况下的单位封装制造成本(或价格)将会是前一种情况下的两倍。目前的事实是，即使在制造上成熟的图像传感器器件，通常也仅具有约70％的成品率，而图像传感器制造者通常在具有约30％的成品率时即开始大规模生产。由于晶片成品率与分辨率成反比，因此对于高分辨率的图像传感器来说，在生产中晶片成品率甚至可能会低于30％。考虑到这种情况，难以将该项技术用来封装图像传感器晶片。虽然该项技术具有可以提供较好的紧凑封装尺寸的优点，但是由于上述原因而未采用它。图像传感器封装失败的一个主要根源在于粘附至图像传感区表面的颗粒。这样将在最终获得的数字图像中导致可重复定点(spotting)。即使颗粒实际上可能没有粘附至图像传感区表面，而是移动到封装的内部，持续的(如果并非重复的)定点也会导致最后获得的数字图像同样无法被接受。另一方面，图像传感区的污染可能会导致同样的失败。因此，在图像传感器封装时关键在于最小化或防止任何颗粒进入或其他污染，尤其是进入图像传感区或对其造成污染。这便是在图像传感器封装中比在其他类型的封装中需要更高清洁度的原因。图像传感器封装通常包括密封结构，用以防止颗粒到达和进入图像传感区。例如，用于图像传感器的陶瓷封装包括位于封装顶部的玻璃盖，其内部形成有空腔，从而使得一旦将玻璃盖放置并附着到封装上，便可以防止颗粒进入内部。图像传感区内部的湿气侵入(uptake)也公知会使滤色器和设置在其上的微透镜劣化。这一点对许多数字照相机不会带来重要问题，但是在例如高端专业级数字照相机中，则已在寻求密封措施或其它保护措施来防止湿气侵入或使其最小化。IMEC，VZW已提出了一种具有气密金属密封结构的封装。第6,566,745号美国专利中公开了与这种结构有关的详细技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件封装，包括：（ａ）至少一个半导体管芯，所述半导体管芯具有限定出密封区域的前侧、以及在所述前侧上形成的第一焊料密封环焊盘；（ｂ）耦合至所述半导体管芯的衬底，所述衬底具有与所述半导体管芯的所述前侧相对的正面，所述衬 底具有在所述正面上形成的第二焊料密封环焊盘；以及（ｃ）焊料密封环结构，其夹于所述半导体管芯的所述第一焊料密封环焊盘和所述衬底的所述第二焊料密封环焊盘之间，所述焊料密封环结构环绕所述密封区域的实质部分在外围延伸，从而在所述密封区域、在 所述半导体管芯和所述衬底之间基本围出空腔，所述焊料密封环结构包括至少一个通风部分，所述至少一个通风部分抵靠所述衬底和所述半导体管芯的至少之一而限定出与所述空腔开放连通的气孔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2004-11-8 10-2004-00905841.一种半导体器件封装，包括(a)至少一个半导体管芯，所述半导体管芯具有限定出密封区域的前侧、以及在所述前侧上形成的第一焊料密封环焊盘；(b)耦合至所述半导体管芯的衬底，所述衬底具有与所述半导体管芯的所述前侧相对的正面，所述衬底具有在所述正面上形成的第二焊料密封环焊盘；以及(c)焊料密封环结构，其夹于所述半导体管芯的所述第一焊料密封环焊盘和所述衬底的所述第二焊料密封环焊盘之间，所述焊料密封环结构环绕所述密封区域的实质部分在外围延伸，从而在所述密封区域、在所述半导体管芯和所述衬底之间基本围出空腔，所述焊料密封环结构包括至少一个通风部分，所述至少一个通风部分抵靠所述衬底和所述半导体管芯的至少之一而限定出与所述空腔开放连通的气孔。2.如权利要求1所述的半导体器件封装，进一步包括聚合物密封结构，所述聚合物密封结构被设置成基本阻挡所述气孔。3.如权利要求1所述的半导体器件封装，其中所述第一和第二焊料密封环焊盘中至少一个限定出基本围绕所述空腔延伸且终止于所述气孔的开环轮廓。4.如权利要求1所述的半导体器件封装，其中所述第一和第二焊料密封环焊盘中的每一个至少包括彼此隔开的主要线元件和辅助线元件，所述主要线元件限定出基本环绕所述空腔延伸且终止于所述气孔的开环轮廓，所述辅助线元件靠近所述气孔设置，以跨过所述气孔凸出。5.如权利要求4所述的半导体器件封装，其中所述辅助线元件设置于所述空腔外部。6.如权利要求4所述的半导体器件封装，其中所述辅助线元件设置于所述空腔内部。7.如权利要求3所述的半导体器件封装，其中所述开环轮廓包括一对重叠的端部，所述一对重叠的端部以相互隔开的方式设置，以限定出在所述空腔和所述气孔之间延伸的细长通道。8.如权利要求3所述的半导体器件封装，其中所述第一和第二焊料密封环焊盘中的另一个限定出基本环绕所述空腔延伸且横穿所述气孔的闭环轮廓。9.如权利要求8所述的半导体器件封装，其中所述第一和第二焊料密封环焊盘中的每一个至少包括彼此隔开的主要线元件和辅助线元件，所述第一和第二密封环焊盘中的所述一个的所述主要线元件限定出所述开环轮廓，其辅助线元件靠近所述气孔设置，以跨过所述气孔凸出。10.如权利要求1所述的半导体器件封装，其中所述半导体管芯包括图像传感器，所述密封区域构成所述图像传感器的图像传感区，所述衬底由对预定波长范围内的光基本透明的材料构成。11.如权利要求10所述的半导体器件封装，其中所述衬底包括在其至少一个表面上形成的薄膜涂层，用以改变透过所述表面的所述预定波长范围内的光的透射率。12.一种半导体器件封装，包括(a)半导体管芯，其具有多个电接线端和电连接至所述多个电接线端的多个倒装芯片焊料凸点焊盘，所述半导体管芯具有限定出密封区域的前侧，所述半导体管芯具有在所述前侧上环绕所述密封区形成的第一焊料密封环焊盘，所述第一焊料密封环焊盘具有预定的轮廓；(b)耦合至所述半导体管芯的衬底，所述衬底具有正面，并具有至少一个构图的金属层、在所述构图的金属层上形成的至少一个钝化层、多个倒装芯片焊料凸点焊盘、以及第二焊料密封环焊盘，其中所述多个倒装芯片焊料凸点焊盘由所述构图的金属层和所述钝化层限定，并用以结合所述半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：金德勋，李焕哲，
申请(专利权)人：阿帕托佩克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]