“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种“Ｎ”形封装结构及制造方法，在第一玻璃上形成空腔壁；具有空腔壁的玻璃覆盖硅芯片，硅芯片外围密布排列兼容焊盘，光学／图像部件被容纳入空腔；芯片被选择性地蚀刻，构成沟道使兼容焊盘的部分暴露；绝缘材料填充沟道，覆盖已暴露的硅坡道和兼容焊盘，绝缘材料将第二玻璃粘结到硅芯片；蚀刻之后将焊接掩膜包覆在玻璃上；兼容焊盘的横向侧、顶和底侧的部分被暴露；金属沉积外引线、并被开孔分隔，引线以“Ｎ”形连接方式电连接到焊盘；引线上包覆焊接掩膜，附着焊接凸起。本发明专利技术“Ｎ”形电连接方式还可应用于ＳｈｅｌｌＵＴ封装和ＳｈｅｌｌＯＰ封装，大面积暴露的兼容焊盘和引线之间产生更可靠的电连接，显著提高电连接的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种晶圆级芯片尺寸封装结构，尤其是一种“N”形电连接的晶圆级芯片尺寸封装结构，以及制造该封装结构的方法，属于集成电路封装

技术介绍
随着半导体工业电子器件微型化和电路集成密度的增加，芯片尺寸封装技术(CSP)得到了迅速发展，其封装尺寸与半导体芯片尺寸相似。传统的封装技术如引线结合法、自动带载结合法(TAB)、倒装芯片，都具有各自的缺点。在引线结合法和自动带载结合法中，半导体封装的尺寸要远大于芯片的原始尺寸。倒装芯片封装通过芯片的导电焊料凸起将电子元件面向下，使电路侧朝下，安装在基板/承载体上直接电连通，倒装芯片封装由于晶圆和基板之间大的热膨胀失配，会引起焊球结合处的破裂。芯片尺寸封装可以在单个芯片上直接进行封装；也可以在整片晶圆上进行封装后，再把封装完的晶圆切割得到封装了的芯片。后一种称此为晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。晶圆级芯片尺寸封装通常是把半导体芯片上外围排列的兼容垫片通过再分布过程分布成面阵排列的大量金属焊球，有时被称为焊料凸起。在WLCSP表面的焊接凸起在直径上更大，凸起之间间距更远，因此WLCSP的印刷电路板组装相应地更为结实。WLCSP技术与其他封装类型相比，具有更优越的电性能和更低的制造成本。以色列Shellcase公司开发的ShellOP、ShellOC和ShellUT的先进WLCSP技术，主要用来封装光学和图像传感器，例如集成在硅晶片上的电荷耦合器件(CCD)或CMOS成像器。目前，CCD和CMOS图像传感器被大量应用在电子产品中。与其他封装方法不同，Shellcase公司的封装工艺不需要引线框架或引线结合。简而言之，ShellOP制程采用玻璃/硅/玻璃的三明治结构，获得图像传感能力，并且保护图像传感器免受外部环境的污染。ShellOC制程采用相同的三明治结构，但在第一玻璃层上构建了额外的空腔，用于容纳上述图像传感器和其上的微透镜，这样成像质量会进一步提高，因此ShellOC是一种封装带有微透镜的图像传感器的技术方案。在ShellUT封装中，空腔仍被保留，但第二玻璃层被去除，以使相关的封装高度减小。图1所示ShellOC封装芯片的横截面图，带有空腔壁的顶部玻璃5覆盖以保护带有兼容焊垫15的硅芯片20，环氧树脂25使第二玻璃30与芯片20结合。在此结合之前，使用光刻技术和等离子体刻蚀技术，这样芯片20上的兼容焊垫15已经被部分暴露。当焊接掩膜35被涂覆在玻璃30上后，随后进行开槽，从而通过沉积，使反向引线40以“T”形结合的形式电连通到兼容焊垫15，如图圆环标记所示缩微“T”形连接点形式。引线40被涂覆有保护性焊接掩膜45，焊接掩膜45是介电材料，能够阻止引线40与外部接触，使其电绝缘，并保护引线表面抵抗侵蚀。焊料凸起50被贴覆在引线40底端，适用众所周知的方法进行印刷电路板的装配；焊料凸起50可用已知的方法，例如网版印刷来形成。显然，所形成的“T”形连接点55，在封装期间或封装后经受应力形变的情况下，容易碎裂，电连接可靠性不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种“N”形电连接方式的封装结构和制造该封装结构的方法，使得大面积暴露的兼容焊盘和引线之间产生更可靠的电连接，提高电连接的可靠性，“N”形电连接处的接触电阻要比“T”形电连接处的接触电阻小，显著提高线路的电气性能。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现一种“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构，包括芯片、兼容焊垫、焊接掩膜，在芯片外围密布排列兼容焊盘，第一玻璃封装层与芯片正面相粘结，芯片背面包覆有绝缘材料层；其特征在于兼容焊盘的横向侧、顶和底侧的部分表面露出，在所述暴露表面和所述绝缘材料层背面沉积有外引线，呈“N”形连接点；在形成开孔的外引线上覆有保护性焊接掩膜，附着焊接凸起，从而使所述兼容焊垫以“N”形与所述引线和所述焊接凸起电连通。进一步地，上述的“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构，在所述芯片和所述第一玻璃封装层之间设有空腔壁；兼容焊盘的横向侧、顶和底侧的暴露面与所述引线和所述焊接凸起电连通，也呈“N”形连接点。更进一步地，上述的“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构，在所述绝缘材料层和所述外引线之间设置有第二玻璃封装层；在所述第二玻璃封装层和所述外引线之间设有焊接掩膜层；兼容焊盘的横向侧、顶和底侧的暴露表面与所述引线和所述焊接凸起电连通，也呈“N”形连接点。更进一步地，上述的“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构，在所述芯片和所述第一玻璃封装层之间设有空腔壁；在所述绝缘材料层和所述外引线之间设置有第二玻璃封装层；在所述第二玻璃封装层和引线之间设有焊接掩膜层；兼容焊盘的横向侧、顶和底侧的暴露表面与所述引线和所述焊接凸起电连通，也呈“N”形连接点。更进一步地，制造上述“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构的方法，其特征在于提供一个晶圆，所述晶圆包括多个其上设有芯片的晶体基片，每个所述基片上的芯片外围密布排列兼容焊垫；在所述晶圆上的芯片和基片正面设置第一玻璃封装层；构成沟道使兼容焊盘的部分暴露；在所述晶圆的基片背面设置绝缘层，绝缘材料填充沟道，覆盖已暴露的硅坡道和兼容焊盘；经等离子体刻蚀处理，兼容焊盘的横向侧、顶和底侧的部分被暴露；进行金属沉积外引线；引线与兼容焊盘呈“N”形连接点；引线设置开孔，在形成开孔的外引线上包覆保护性焊接掩膜，附着焊接凸起；从而使所述兼容焊垫以“N”形与所述引线和所述焊接凸起电连通；切割所述晶圆，形成单个的晶圆级封装结构。更进一步地，上述“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构的制造方法，其特征在于提供一个晶圆，所述晶圆包括多个其上设有芯片的晶体基片，每个所述基片上的芯片外围密布排列兼容焊垫；在所述晶圆上的芯片和基片正面设置第一玻璃封装层；在第一玻璃上形成空腔壁，光学/图像部件被容纳入空腔；芯片被选择性地蚀刻，构成沟道使兼容焊盘的部分暴露；绝缘材料填充沟道，覆盖已暴露的硅坡道和兼容焊盘，经等离子体刻蚀处理，兼容焊盘的横向侧、顶和底侧的部分被暴露；进行金属沉积外引线；引线与兼容焊盘呈“N”形连接点；引线设置开孔，在形成开孔的外引线上包覆保护性焊接掩膜，附着焊接凸起；从而使所述兼容焊垫以“N”形与所述引线和所述焊接凸起电连通；切割所述晶圆，形成单个的晶圆级封装结构。更进一步地，上述“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构的制造方法，其特征在于提供一个晶圆，所述晶圆包括多个其上设有芯片的晶体基片，每个所述基片上的芯片外围密布排列兼容焊垫；在所述晶圆上的芯片和基片正面设置第一玻璃封装层；芯片被选择性地蚀刻，构成沟道使兼容焊盘的部分暴露；绝缘材料填充沟道，覆盖已暴露的硅坡道和兼容焊盘，在绝缘材料层背面设置第二玻璃封装层，绝缘材料将第二玻璃与硅芯片相粘结；进一步蚀刻之后将焊接掩膜包覆在第二玻璃上；经等离子体刻蚀处理，兼容焊盘的横向侧、顶和底侧的部分被暴露；进行金属沉积外引线；引线与兼容焊盘呈“N”形连接点；引线设置开孔，在形成开孔的外引线上包覆保护性焊接掩膜，附着焊接凸起；从而使所述兼容焊垫以“N”形与所述引线和所述焊接凸起电连通；切割所述晶圆，形成单个的晶圆级封装结构。更进一步地，上述“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构的制造方法，其特征在于提供一个晶圆，所述晶圆包括多个其上设有芯片的晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
“Ｎ”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构，包括芯片、兼容焊垫、焊接掩膜，在芯片外围密布排列兼容焊盘［１５］，第一玻璃封装层［５］与芯片［２０］正面相粘结，芯片背面包覆有绝缘材料层［２５］；其特征在于：兼容焊盘［１５］的横向侧、顶和底侧的部分表面露出，在所述暴露表面和所述绝缘材料层［２５］背面沉积有外引线［４０］，呈“Ｎ”形连接点；形成开孔的外引线［４０］上覆有保护性焊接掩模［４５］，附着焊接凸起［５０］，从而使所述兼容焊垫［１５］以“Ｎ”形与外引线［４０］和焊接凸起［５０］电连通。

【技术特征摘要】
1.“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构，包括芯片、兼容焊垫、焊接掩膜，在芯片外围密布排列兼容焊盘[15]，第一玻璃封装层[5]与芯片[20]正面相粘结，芯片背面包覆有绝缘材料层[25]；其特征在于兼容焊盘[15]的横向侧、顶和底侧的部分表面露出，在所述暴露表面和所述绝缘材料层[25]背面沉积有外引线[40]，呈“N”形连接点；形成开孔的外引线[40]上覆有保护性焊接掩模[45]，附着焊接凸起[50]，从而使所述兼容焊垫[15]以“N”形与外引线[40]和焊接凸起[50]电连通。2.根据权利要求1所述的“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构，其特征在于在所述芯片[20]和所述第一玻璃封装层[5]之间设有空腔壁[10]；兼容焊盘[15]的横向侧、顶和底侧的暴露表面与所述外引线[40]和所述焊接凸起[50]电连通，也呈“N”形连接点。3.根据权利要求1所述的“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构，其特征在于在所述绝缘材料层[25]和所述外引线[40]之间设置有第二玻璃封装层[30]；在所述第二玻璃封装层[30]和所述外引线[40]之间设有焊接掩膜层[35]；兼容焊盘[15]的横向侧、顶和底侧的暴露表面与所述外引线[40]和所述焊接凸起[50]电连通，也呈“N”形连接点。4.根据权利要求1所述的“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构，其特征在于在所述芯片[20]和所述第一玻璃封装层[5]之间设有空腔壁[10]；在所述绝缘材料层[25]和所述外引线[40]之间设置有第二玻璃封装层[30]；在所述第二玻璃封装层[30]和外引线[40]之间设有焊接掩膜层[35]；兼容焊盘[15]的横向侧、顶和底侧的暴露表面与所述外引线[40]和所述焊接凸起[50]电连通，也呈“N”形连接点。5.“N”形电连接晶圆级芯片尺寸封装结构的制造方法，其特征在于提供一个晶圆，所述晶圆包括多个其上设有芯片的晶体基片，每个所述基片上的芯片外围密布排列兼容焊垫[15]；在所述晶圆上的芯片和基片正面设置第...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞国庆，王宥军，徐琴琴，王庆蔚，王蔚，
申请(专利权)人：晶方半导体科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]