一种晶圆级光感系统封装结构及其制造方法技术方案

本发明专利技术公开了一种晶圆级光感系统级封装结构，包括：第一硅基板；第二硅基板，所述第二硅基板设置在所述第一硅基板上方，且所述第二硅基板具有贯穿所述第二硅基板的顶面和底面的腔体结构；第三硅基板，所述第三硅基板设置在所述第二硅基板上方，且所述第三硅基板具有光感通孔；光敏芯片，所述光敏芯片贴装在所述腔体结构中对应区域的所述第一硅基板正面，且与所述光感通孔对准；芯片，所述芯片倒装焊在所述腔体结构的另一对应区域的所述第一硅基板正面；以及外接焊球。

A Packaging Structure of Wafer-level Photosensitive System and Its Manufacturing Method

The invention discloses a wafer-level photosensitive system-level packaging structure, comprising: a first silicon substrate; a second silicon substrate; the second silicon substrate is arranged above the first silicon substrate, and the second silicon substrate has a cavity structure penetrating the top and bottom surfaces of the second silicon substrate; and a third silicon substrate, the third silicon substrate, is arranged above the second silicon substrate, and the said third silicon substrate is arranged above the second silicon substrate. The third silicon substrate has a photosensitive through hole; the photosensitive chip is mounted on the front of the first silicon substrate in the corresponding area of the cavity structure and aligned with the photosensitive through hole; the chip is flipped to the front of the first silicon substrate in another corresponding area of the cavity structure; and the external welding ball.

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆级光感系统封装结构及其制造方法
本专利技术涉及半导体封装
，尤其涉及一种晶圆级光感系统封装结构及其制造方法。
技术介绍
晶圆级芯片封装技术是对整片晶圆进行封装测试后再切割得到单个成品芯片的技术，封装后的芯片尺寸与裸片一致。晶圆级芯片封装技术是可以将IC设计、晶圆制造、封装测试、基本板制造整合为一体的技术，是当前封装领域的热点和未来发展的趋势。晶圆级芯片封装技术与传统的封装方式不同在于，传统的晶片封装是先切割再封测，而封装后约比原晶片尺寸增加20％；而晶圆级芯片封装技术则是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后才划线分割，因此，封装后的体积与IC裸芯片尺寸几乎相同，能大幅降低封装后的IC尺寸。然而此种封装结构无法实现多芯片的SIP封装，使用范围局限在单芯片封装结构中。晶圆级芯片封装技术改变了传统封装模式，顺应了市场对集成电路产品日益轻、薄、短、小和低价化要求。采用晶圆级芯片封装技术，芯片封装的尺寸达到了高度微型化，其成本随着芯片尺寸的减小和晶圆尺寸的增大而显着降低。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，用于把光信号(可见及紫外镭射光)转变成为电信号的器件。受限于芯片结构的布局，光电传感区域与信号Pad往往分布在同一面，从而大大限制了后期的封装设计布局。传统的光电传感器采用两种封装结构：一种是芯片正面贴装，信号的焊盘向上通过引线连接到基板上；另外一种是芯片倒扣，芯片焊盘通过凸点和基板相互互联。此两种封装形式都需要在光感区域的上方留空，用以光信号的互通。此留空区域便大大限制了封装的结构设计。针对传统的光电传感器封装结构导致的封装结构设计不灵活，封装尺寸较大、封装成本较高等问题，本专利技术提出了一种新型的晶圆级光感系统封装结构及其制造方法，至少部分的克服了上述问题。
技术实现思路
针对传统的光电传感器封装结构导致的封装结构设计不灵活，封装尺寸较大、封装成本较高等问题，根据本专利技术的一个实施例，提供一种晶圆级光感系统级封装结构，包括：第一硅基板；第二硅基板，所述第二硅基板设置在所述第一硅基板上方，且所述第二硅基板具有贯穿所述第二硅基板的顶面和底面的腔体结构；第三硅基板，所述第三硅基板设置在所述第二硅基板上方，且所述第三硅基板具有光感通孔；光敏芯片，所述光敏芯片贴装在所述腔体结构中对应区域的所述第一硅基板正面，且与所述光感通孔对准；芯片，所述芯片倒装焊在所述腔体结构的另一对应区域的所述第一硅基板正面；以及外接焊球。在本专利技术的实施例中，所述第一硅基板进一步包括：第一硅基板主体；设置在所述第一硅基板主体底面的第一底部金属层；设置在所述第一硅基板主体顶面的第一顶部金属层；以及电连接所述第一底部金属层和第一顶部金属层的第一导电硅通孔。在本专利技术的实施例中，所述第一底部金属层具有外接焊盘；以及所述第一底部金属层和/或所述第一顶部金属层具有一层或多层重新布局布线层。在本专利技术的实施例中，所述第二硅基板进一步包括：第二硅基板主体；设置在所述第二硅基板主体底面的第二底部金属层，所述第二底部金属层键合至所述第一顶层金属层；设置在所述第二硅基板主体顶面的第二顶部金属层；电连接所述第二底部金属层和所述第二顶部金属层的第二导电硅通孔；以及腔体结构。在本专利技术的实施例中，所述第三硅基板进一步包括：第三硅基板主体；设置在所述第三硅基板主体底面的第三底部金属层，所述第三底部金属层键合至所述第二顶部金属层；以及光感通孔。在本专利技术的实施例中，所述第三硅基板还包括第三顶部金属层和电连接所述第三顶部金属层和所述第三底部金属层的第三导电硅通孔。在本专利技术的实施例中，所述光敏芯片通过贴片材料正装贴片至所述第一硅基板的顶面，且位于所述腔体结构中的对应位置，所述光敏芯片电连接至所述第三底部金属层；所述芯片通过焊接结构倒装焊至所述第一顶部金属层上。在本专利技术的实施例中，所述光敏芯片通过所述第三底部金属层、所述第二顶部金属层、所述第二导电硅通孔、所述第二底部金属层、所述第一顶部金属层、所述第一导电硅通孔、所述第一底部金属层以及外接焊球与芯片以及外接焊球电连接。根据本专利技术的另一个实施例，提供一种晶圆级光感系统封装结构的制造方法，包括：形成第一晶圆基板；形成第二晶圆基板，并键合所述第二晶圆基板至所述第一晶圆基板顶面；在所述第二晶圆基板内形成贯穿所述第二晶圆基板的顶面和底面的腔体结构；在所述腔体结构内贴装光敏芯片和芯片；形成第三晶圆基板，并键合所述第三晶圆基板至所述第二晶圆基板顶面；在所述第一晶圆基板底面形成外接焊球；以及对键合后的三层晶圆进行切割，形成单个封装结构。在本专利技术的另一个实施例中，该晶圆级光感系统封装结构的制造方法还包括：形成所述第一晶圆基板底部的第一底部金属层，所述第一晶圆基板顶部的第一顶部金属层，电连接所述第一顶部金属层和所述第一底部金属层的第一导电通孔；形成所述第二晶圆基板底部的第二底部金属层，所述第二晶圆基板顶部的第二顶部金属层，电连接所述第二顶部金属层和所述第二底部金属层的第二导电通孔；以及形成所述第三晶圆基板底部的第三底部金属层。在本专利技术的另一个实施例中，将所述第二晶圆基板键合至所述第一晶圆基板顶面是通过键合所述第二底部金属层至所述第一顶部金属层；键合所述第三晶圆基板至所述第二晶圆基板顶面是通过键合所述第三底部金属层至所述第二顶部金属层。本专利技术提供一种晶圆级光感系统封装结构及其制造方法，基于晶圆级封装技术，利用重新布局布线、TSV通孔等技术将多层的晶圆键合形成信号通路，然后将光感芯片与逻辑芯片组装在硅基板上面，再通过晶圆键合完成最上层的硅基板互连封装，最后将整体晶圆结构进行植球切割，形成最终的封装产品。基于本专利技术的该晶圆级光感系统封装结构及其制造方法可以在晶圆级封装的基础上，完成多芯片的封装，实现了晶圆级封装与系统级封装的相互结合，实用性更强；相对于传统的系统级封装，该封装结构的尺寸更小；基于晶圆级封装的封装形式，其生产效率更高，成本优势更大；相对于传统的PCB基板，晶圆布线密度更大，适用更多信号网络的封装要求；相比传统的模具上预留空间的处理方法，该封装结构的采用刻蚀通孔的方案，光感区域的留空成本更小，应用更广。附图说明为了进一步阐明本专利技术的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本专利技术的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本专利技术的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。图1示出根据本专利技术的一个实施例形成的一种晶圆级光感系统封装结构100的剖面示意图。图2A至图2F示出根据本专利技术的一个实施例形成该种晶圆级光感系统封装结构100的过程剖面示意图。图3示出的是根据本专利技术的一个实施例形成该种晶圆级光感系统封装结构100的流程图300。具体实施方式在以下的描述中，参考各实施例对本专利技术进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本专利技术的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本专利技术的实施例的全面理解。然而，本专利技术可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶圆级光感系统级封装结构，包括：第一硅基板；第二硅基板，所述第二硅基板设置在所述第一硅基板上方，且所述第二硅基板具有贯穿所述第二硅基板的顶面和底面的腔体结构；第三硅基板，所述第三硅基板设置在所述第二硅基板上方，且所述第三硅基板具有光感通孔；光敏芯片，所述光敏芯片贴装在所述腔体结构中对应区域的所述第一硅基板正面，且与所述光感通孔对准；芯片，所述芯片倒装焊在所述腔体结构的另一对应区域的所述第一硅基板正面；以及外接焊球。

【技术特征摘要】
1.一种晶圆级光感系统级封装结构，包括：第一硅基板；第二硅基板，所述第二硅基板设置在所述第一硅基板上方，且所述第二硅基板具有贯穿所述第二硅基板的顶面和底面的腔体结构；第三硅基板，所述第三硅基板设置在所述第二硅基板上方，且所述第三硅基板具有光感通孔；光敏芯片，所述光敏芯片贴装在所述腔体结构中对应区域的所述第一硅基板正面，且与所述光感通孔对准；芯片，所述芯片倒装焊在所述腔体结构的另一对应区域的所述第一硅基板正面；以及外接焊球。2.如权利要求1所述的晶圆级光感系统级封装结构，其特征在于，所述第一硅基板进一步包括：第一硅基板主体；设置在所述第一硅基板主体底面的第一底部金属层；设置在所述第一硅基板主体顶面的第一顶部金属层；以及电连接所述第一底部金属层和第一顶部金属层的第一导电硅通孔。3.如权利要求2所述的晶圆级光感系统级封装结构，其特征在于，所述第一底部金属层具有外接焊盘；以及所述第一底部金属层和/或所述第一顶部金属层具有一层或多层重新布局布线层。4.如权利要求1或2所述的晶圆级光感系统级封装结构，其特征在于，所述第二硅基板进一步包括：第二硅基板主体；设置在所述第二硅基板主体底面的第二底部金属层，所述第二底部金属层键合至所述第一顶层金属层；设置在所述第二硅基板主体顶面的第二顶部金属层；电连接所述第二底部金属层和所述第二顶部金属层的第二导电硅通孔；以及腔体结构。5.如权利要求1或4所述的晶圆级光感系统级封装结构，其特征在于，所述第三硅基板进一步包括：第三硅基板主体；设置在所述第三硅基板主体底面的第三底部金属层，所述第三底部金属层键合至所述第二顶部金属层；以及光感通孔。6.如权利要求5所述的晶圆级光感系统级封装结构，其特征在于，所述第三硅基板还包括第三顶部金属层和电连接所述第三顶部金属层和所述第三底部金属层的第三导电硅通孔。7.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐健，
申请(专利权)人：华进半导体封装先导技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32