距离传感器芯片封装结构及其晶圆级封装方法技术

本发明专利技术公开了一种距离传感器芯片封装结构及其晶圆级封装方法。首先，在硅基板的第一表面通过TSV技术刻蚀凹槽并在凹槽内表面沉积绝缘层，将切割好的单颗距离传感器芯片放入到凹槽中，通过重布线的方式将距离传感器芯片的N极信号通过金属层引出到硅基板第一表面，再通过重布线的方式将P极信号扇出中硅基板第一表面，最终将N极信号及P极信号通过TSV技术引到硅基板第二表面，然后在硅基板第一表面制作支撑围堰，并贴合玻璃盖板，以将距离传感器芯片的感应区域保护起来，最后，再将基板晶圆切割成单颗芯片，完成对芯片封装。本发明专利技术封装结构具有封装体积小，厚度薄，热性能好等优点，封装方法具有封装效率高且封装良率高的优点。

Packaging structure of distance sensor chip and its wafer-level packaging method

The invention discloses a packaging structure of a distance sensor chip and a wafer level packaging method thereof. Firstly, the groove is etched on the first surface of the silicon substrate by TSV technology and the insulating layer is deposited on the inner surface of the groove. The cut single distance sensor chip is put into the groove. The N-pole signal of the distance sensor chip is drawn to the first surface of the silicon substrate through the metal layer by re-wiring, and then the P-pole signal is fan out of the first surface of the silicon substrate by re-wiring. Finally, the N-pole signal and P-pole signal are introduced to the second surface of the silicon substrate by TSV technology. Then the supporting cofferdam is made on the first surface of the silicon substrate, and the glass cover plate is bonded to protect the sensing area of the distance sensor chip. Finally, the wafer of the substrate is cut into a single chip to complete the chip packaging. The encapsulation structure of the invention has the advantages of small encapsulation volume, thin thickness and good thermal performance, and the encapsulation method has the advantages of high encapsulation efficiency and high encapsulation yield.

【技术实现步骤摘要】
距离传感器芯片封装结构及其晶圆级封装方法
本专利技术涉及距离传感器封装
，具体是涉及一种距离传感器芯片封装结构及其晶圆级封装方法。
技术介绍
距离传感器，又叫做位移传感器，是传感器的一种，用于感应其与某物体间的距离以完成预设的某种功能，目前得到了相当广泛的应用，现有距离传感器芯片的封装结构如图1所示，包括距离传感器芯片20、基板(氮化铝陶瓷)10、支撑围堰30和玻璃盖板40，其封装方法为：通过WB-LGA的封装方法将单颗距离传感器芯片与基板打线连接，然后在基板上制作支撑围堰，之后在支撑围堰表面贴上玻璃盖板，以将距离传感器芯片区域保护起来防止损伤。这种封装方法封装效率低，封装结构体积大，热性能也有待进一步提高，且I/O端散布在芯片表面，从而限制了I/O连接的数目。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种距离传感器芯片封装结构及其晶圆级封装方法，封装结构具有封装体积小，厚度薄，热性能好等优点，封装方法具有封装效率高且封装良率高的优点。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种距离传感器芯片封装结构，包括基板和距离传感器芯片，所述基板具有第一表面和与其相对的第二表面，所述基板上具有容置所述距离传感器芯片的凹槽，所述距离传感器芯片背面具有N极引出层，所述距离传感器芯片正面具有感应区域和P极引出端，所述距离传感器芯片正面向上埋入所述凹槽中，所述距离传感器芯片背面的N极引出层与所述凹槽之间形成有金属层，且所述金属层从凹槽底部沿侧壁延伸至所述基板第一表面，将N极引出层的电性引出至所述基板第一表面预设第一TSV通孔的位置；所述距离传感器芯片正面及所述基板第一表面上铺设有暴露出所述P极引出端、所述感应区域及预设第二TSV通孔位置的钝化层，且所述钝化层填充入所述距离传感器芯片与所述凹槽之间的缝隙内；所述钝化层上铺设有将所述P极引出端扇出至所述预设第二TSV通孔位置的第一金属布线层，所述凹槽外的基板上形成对应预设第一TSV通孔位置的第一TSV通孔和对应预设第二TSV通孔位置的第二TSV通孔；所述第一TSV通孔内形成有将所述金属层的电性引出至所述基板第二表面上的第二金属布线层，所述第二TSV通孔内形成有将所述第一金属布线层的电性引出至所述基板第二表面上的第三金属布线层；所述基板第二表面及所述第二金属布线层和所述第三金属布线层上铺设有暴露出预设电性导出点的阻焊层，且所述阻焊层填充入所述第一TSV通孔和所述第二TSV通孔；所述基板第一表面制作有支撑围堰，所述支撑围堰上贴装有保护盖板。进一步的，所述距离传感器芯片由红外二极管芯片组成，所述红外二极管芯片背面具有N极引出层，所述红外二极管芯片正面具有感应区域和P极引出端，所述红外二极管芯片的N极引出层的电性通过所述金属层引出至所述基板第一表面预设第一TSV通孔位置，所述红外二极管芯片的P极引出端的电性通过所述第一金属布线层扇出至所述预设第二TSV通孔位置。进一步的，所述距离传感器芯片由红外二极管芯片和光电二极管芯片组成，所述红外二极管芯片背面具有N极引出层，所述红外二极管芯片正面具有感应区域和P极引出端，所述光电二极管芯片正面具有感应区域、N极引出端和P极引出端，所述红外二极管芯片的N极引出层的电性通过所述金属层引出至所述基板第一表面预设第一TSV通孔的位置，所述红外二极管芯片的P极引出端与所述光电二极管芯片的N极引出端之间通过所述第一金属布线层电性互连，所述光电二极管芯片的P极引出端的电性通过所述第一金属布线层扇出至所述预设第二TSV通孔位置。进一步的，所述红外二极管芯片和所述光电二极管芯片共同埋入一个所述凹槽内，或者所述红外二极管芯片和所述光电二极管芯片各自埋入一个所述凹槽内。进一步的，所述基板为硅基板，所述金属层形成于所述凹槽内铺设的一层第一绝缘层上，所述第一绝缘层从凹槽底部沿侧壁延伸至所述基板第一表面；所述第二金属布线层与所述基板之间及所述第三金属布线层与所述基板之间设有第二绝缘层。进一步的，所述电性导出点处制作有连接外部电路的焊球或所述电性导出点通过打线连接至外部电路。进一步的，所述第一金属布线层为单层结构或多层结构，所述第二金属布线层为单层结构或多层结构，所述第三金属布线层为单层结构或多层结构。一种距离传感器芯片封装结构的晶圆级封装方法，包括如下步骤：A.提供一基板晶圆，所述基板晶圆具有第一表面和与其相对的第二表面，在所述基板晶圆的第一表面形成至少一个向第二表面延伸的凹槽；B.在所述基板晶圆第一表面及所述凹槽内沉积一层第一绝缘层；C.采用金属重布线的方式，在所述凹槽底部制作金属层，且所述金属层从凹槽底部沿侧壁延伸至所述基板第一表面预设第一TSV通孔的位置；D.取至少一单颗的距离传感器芯片，所述距离传感器芯片背面具有N极引出层，所述距离传感器芯片正面具有感应区域和P极引出端，通过导电胶或者金锡焊接的方式将所述距离传感器芯片正面朝上贴装至所述凹槽内金属层上；E.在距离传感器芯片正面、基板晶圆第一表面及其上的金属层上铺设一层暴露出所述P极引出端、所述感应区域及预设第二TSV通孔位置的钝化层，且所述钝化层填充入所述距离传感器芯片与所述凹槽之间的缝隙内；F.采用金属重布线的方式，在所述钝化层上铺设将所述P极引出端扇出至所述预设第二TSV通孔位置的第一金属布线层；G.通过临时键合方式在所述基板晶圆第一表面连接一支撑晶圆；H.在所述基板晶圆第二表面上制作对应预设第一TSV通孔位置的第一TSV通孔和对应预设第二TSV通孔位置的第二TSV通孔；并在所述第一TSV通孔内制作将所述金属层的电性引出至所述基板晶圆第二表面上的第二金属布线层，在所述第二TSV通孔内制作将所述第一金属布线层的电性引出至所述基板晶圆第二表面上的第三金属布线层；I.在所述基板晶圆第二表面及所述第二金属布线层和所述第三金属布线层上铺设暴露出预设电性导出点的阻焊层，且所述阻焊层填充入所述第一TSV通孔和所述第二TSV通孔；J.在所述基板晶圆与所述支撑晶圆拆键合后，在所述基板晶圆第一表面上制作支撑围堰，并在所述支撑围堰上贴装保护盖板；K.切割所述基板晶圆，形成单颗距离传感器芯片封装结构。进一步的，还包括在所述第二金属布线层与所述基板晶圆之间及所述第三金属布线层与所述基板晶圆之间铺设第二绝缘层的步骤。进一步的，还包括对所述基板晶圆第二表面进行减薄的步骤。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种距离传感器芯片封装结构及其晶圆级封装方法，通过将距离传感器芯片埋入基板上的凹槽内，并在凹槽底部制作将距离传感器芯片的N极引出层的电性引出至基板第一表面上的金属层，然后将距离传感器芯片的P极引出端通过第一金属布线层扇出至基板第一表面上，并通过TSV通孔技术将距离传感器芯片的P极引出端及N极引出层的电性引出硅基板第二表面，并在硅基板上形成支撑围堰和保护盖板，改善了距离传感器芯片的封装结构，具有封装体积小，厚度薄的优点，且通过金属层连接距离传感器芯片N极引出层与基板，提供了散热性能，且通过TSV通孔及金属布线层将P极引出端及N极引出层的电性引出硅基板第二表面，可大大增加了I/O连接的数目，较佳的，基板可采用硅基板，比如使用再生硅，可达到成本低廉，且散热性能更优良的目的，因为硅导热系数优于传统距离传感器芯片的氮化铝基板。相比距离传感器芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种距离传感器芯片封装结构，其特征在于，包括基板和距离传感器芯片，所述基板具有第一表面和与其相对的第二表面，所述基板上具有容置所述距离传感器芯片的凹槽，所述距离传感器芯片背面具有N极引出层，所述距离传感器芯片正面具有感应区域和P极引出端，所述距离传感器芯片正面向上埋入所述凹槽中，所述距离传感器芯片背面的N极引出层与所述凹槽之间形成有金属层，且所述金属层从凹槽底部沿侧壁延伸至所述基板第一表面，将N极引出层的电性引出至所述基板第一表面预设第一TSV通孔的位置；所述距离传感器芯片正面及所述基板第一表面上铺设有暴露出所述P极引出端、所述感应区域及预设第二TSV通孔位置的钝化层，且所述钝化层填充入所述距离传感器芯片与所述凹槽之间的缝隙内；所述钝化层上铺设有将所述P极引出端扇出至所述预设第二TSV通孔位置的第一金属布线层，所述凹槽外的基板上形成对应预设第一TSV通孔位置的第一TSV通孔和对应预设第二TSV通孔位置的第二TSV通孔；所述第一TSV通孔内形成有将所述金属层的电性引出至所述基板第二表面上的第二金属布线层，所述第二TSV通孔内形成有将所述第一金属布线层的电性引出至所述基板第二表面上的第三金属布线层；所述基板第二表面及所述第二金属布线层和所述第三金属布线层上铺设有暴露出预设电性导出点的阻焊层，且所述阻焊层填充入所述第一TSV通孔和所述第二TSV通孔；所述基板第一表面制作有支撑围堰，所述支撑围堰上贴装有保护盖板。...

【技术特征摘要】
1.一种距离传感器芯片封装结构，其特征在于，包括基板和距离传感器芯片，所述基板具有第一表面和与其相对的第二表面，所述基板上具有容置所述距离传感器芯片的凹槽，所述距离传感器芯片背面具有N极引出层，所述距离传感器芯片正面具有感应区域和P极引出端，所述距离传感器芯片正面向上埋入所述凹槽中，所述距离传感器芯片背面的N极引出层与所述凹槽之间形成有金属层，且所述金属层从凹槽底部沿侧壁延伸至所述基板第一表面，将N极引出层的电性引出至所述基板第一表面预设第一TSV通孔的位置；所述距离传感器芯片正面及所述基板第一表面上铺设有暴露出所述P极引出端、所述感应区域及预设第二TSV通孔位置的钝化层，且所述钝化层填充入所述距离传感器芯片与所述凹槽之间的缝隙内；所述钝化层上铺设有将所述P极引出端扇出至所述预设第二TSV通孔位置的第一金属布线层，所述凹槽外的基板上形成对应预设第一TSV通孔位置的第一TSV通孔和对应预设第二TSV通孔位置的第二TSV通孔；所述第一TSV通孔内形成有将所述金属层的电性引出至所述基板第二表面上的第二金属布线层，所述第二TSV通孔内形成有将所述第一金属布线层的电性引出至所述基板第二表面上的第三金属布线层；所述基板第二表面及所述第二金属布线层和所述第三金属布线层上铺设有暴露出预设电性导出点的阻焊层，且所述阻焊层填充入所述第一TSV通孔和所述第二TSV通孔；所述基板第一表面制作有支撑围堰，所述支撑围堰上贴装有保护盖板。2.根据权利要求1所述的距离传感器芯片封装结构，其特征在于，所述距离传感器芯片由红外二极管芯片组成，所述红外二极管芯片背面具有N极引出层，所述红外二极管芯片正面具有感应区域和P极引出端，所述红外二极管芯片的N极引出层的电性通过所述金属层引出至所述基板第一表面预设第一TSV通孔位置，所述红外二极管芯片的P极引出端的电性通过所述第一金属布线层扇出至所述预设第二TSV通孔位置。3.根据权利要求1所述的距离传感器芯片封装结构，其特征在于，所述距离传感器芯片由红外二极管芯片和光电二极管芯片组成，所述红外二极管芯片背面具有N极引出层，所述红外二极管芯片正面具有感应区域和P极引出端，所述光电二极管芯片正面具有感应区域、N极引出端和P极引出端，所述红外二极管芯片的N极引出层的电性通过所述金属层引出至所述基板第一表面预设第一TSV通孔的位置，所述红外二极管芯片的P极引出端与所述光电二极管芯片的N极引出端之间通过所述第一金属布线层电性互连，所述光电二极管芯片的P极引出端的电性通过所述第一金属布线层扇出至所述预设第二TSV通孔位置。4.根据权利要求3所述的距离传感器芯片封装结构，其特征在于，所述红外二极管芯片和所述光电二极管芯片共同埋入一个所述凹槽内，或者所述红外二极管芯片和所述光电二极管芯片各自埋入一个所述凹槽内。5.根据权利要求1所述的距离传感器芯片封装结构，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：于大全，郑凤霞，马书英，
申请(专利权)人：华天科技昆山电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32