双层引线封装结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种双层引线封装结构及制造方法，在形成空腔的玻璃上覆有兼容焊垫，玻璃与半导体相粘结，芯片上元件容纳在空腔内，芯片背面的绝缘材料将第二层玻璃与芯片结合；在第二玻璃上涂覆绝缘材料；绝缘材料上沉积有金属层、并被开孔分隔，形成开孔的金属层上覆有焊接掩膜，焊接掩膜也被开孔，金属层的部分表面露出；第二金属层沉积在已开孔和Ｖ形沟道的焊接掩膜上，第二金属层上也包覆有焊接掩膜，附着焊接凸起；兼容焊垫与第一金属层和第二金属层电连通。本发明专利技术所形成的Ｔ－Ｌ－Ｕ或２Ｔ－２Ｕ形双层引线结构，可满足单位面积焊垫数量相当大的技术需求，能够在芯片的上表面节约更多的空间以用于引线设计，从而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，尤其涉及一种双层引线封装结构和制造该封装结构的方法。
技术介绍
随着半导体工业中电子器件微型化和电路集成密度的提高，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表面的焊膜凸起在直径上更大，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。与其它封装方法不同，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。如图1中所示的ShellOC封装芯片的横截面图，可观察到，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，使用了光刻技术和等离子刻蚀技术，这样芯片20上的兼容焊垫15已经被部分暴露。当焊接掩膜被涂覆在玻璃30上后，随后进行半切开槽，从而通过沉积，使反向引线40以“T”形电连通到兼容焊垫15。引线40被涂覆带有保护性焊膜掩膜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。在WLCSP技术中，仅使用了单层引线。由于焊接凸起面的空间有限，兼容焊垫的数量也受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种晶圆级芯片尺寸，从而可以在封装芯片的焊接凸起面节约更多的空间用于引线布局，以允许单位面积上更多兼容焊垫的应用，并可以显著提高电连接的可靠性。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现双层引线封装结构，包括其上设有芯片的晶体基片，芯片外围密布排列兼容焊垫；设于芯片和基片正面的第一玻璃封装层；设于基片背面的绝缘材料层；其特征在于在所述绝缘材料层背面沉积有第一金属层，所述第一金属层中央位置设有开孔；在带有开孔的第一金属层背面上覆盖有第一焊接掩膜层，在所述第一焊接掩膜层上设置有至少一个开孔，使得第一金属层有部分表面通过所述第一焊接掩膜层上的开孔被露出；在所述封装结构的侧面和已开孔的焊接掩膜层的背面沉积有第二金属层；在第二金属层的底端设有焊料凸起，从而使所述兼容焊垫通过所述第二金属层和所述第一金属层与所述焊接凸起电连通。进一步地，上述的双层引线封装结构，所述第二金属层和所述兼容焊垫之间的电连通呈“T”形连接，所述第一金属层和所述第二金属层之间的电连通呈“L-U”形连接，所述兼容焊垫到所述焊接凸起之间的电连通呈“T-L-U”形连接。更进一步地，上述的双层引线封装结构，所述第二金属层和所述兼容焊垫之间的电连通呈“T”形连接，所述第一金属层和所述第二金属层之间的电连通呈“T-2U”形连接，所述兼容焊垫到所述焊接凸起之间的电连通呈“2T-2U”形连接。更进一步地，上述的双层引线封装结构，在所述晶体基片和所述第一玻璃封装层之间设有空腔壁。更进一步地，上述的双层引线封装结构，在所述绝缘材料层和所述第一金属层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第一金属层之间设有第二焊接掩膜层，以起到应力缓冲作用，并增强第一金属层的附着能力。更进一步地，上述的双层引线封装结构，所述晶体基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第一金属层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第一金属层之间设有第二焊接掩膜层，以起到应力缓冲作用，并增强第一金属层的附着能力。再进一步地，上述的双层引线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设有多个兼容焊垫；在所述晶圆上的芯片和基片正面设置第一玻璃封装层；在所述晶圆的基片背面设置绝缘层；在所述绝缘层背面沉积第一金属层，并在所述第一金属层中央位置设置开孔；在带有开孔的第一金属层背面上覆盖第一焊接掩膜层，在所述第一焊接掩膜层上设置至少一个开孔，使得第一金属层有部分表面通过所述第一焊接掩膜层上的开孔被露出；在所述封装装置的侧面和已开孔的焊接掩膜层的背面沉积第二金属层；在第二金属层的底端设有焊料凸起，从而使所述兼容焊垫通过所述第二金属层和所述第一金属层与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。再进一步地，上述的双层引线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设有多个兼容焊垫；在所述晶圆上的芯片和基片正面设置第一玻璃封装层；在所述第一玻璃封装层上形成空腔壁，从而在所述晶体基片和所述第一玻璃封装层之间形成容纳基片上的芯片的空腔；在所述晶圆的基片背面设置绝缘层；在所述绝缘层背面沉积第一金属层，并在所述第一金属层中央位置设置开孔；在带有开孔的第一金属层背面上覆盖第一焊接掩膜层，在所述第一焊接掩膜层上设置至少一个开孔，使得第一金属层有部分表面通过所述第一焊接掩膜层上的开孔被露出；在所述封装装置的侧面和已开孔的焊接掩膜层的背面沉积第二金属层；在第二金属层的底端设有焊料凸起，从而使所述兼容焊垫通过所述第二金属层和所述第一金属层与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。再进一步地，上述的双层引线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；在所述晶圆的基片背面设置绝缘层；在所述绝缘材料层背面设置第二玻璃封装层；在所述第二玻璃封装层背面设置第二焊接掩膜层，然后在所述第二焊接掩膜层背面沉积第一金属层；并在所述第一金属层中央位置设置开孔；在带有开孔的第一金属层背面上覆盖第一焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
双层引线封装结构，包括：其上设有芯片的晶体基片，芯片外围密布排列兼容焊垫［１５］；设于芯片和基片正面的第一玻璃封装层［５］；设于基片背面的绝缘材料层［２５］；其特征在于：在所述绝缘材料层背面沉积有第一金属层［４０］，所述第一金属层中央位置设有开孔；在带有开孔的第一金属层背面上覆盖有第一焊接掩膜层［３５］，在所述第一焊接掩膜层［３５］上设置有至少一个开孔，使得第一金属层有部分表面通过所述第一焊接掩膜层［３５］上的开孔被露出；在所述封装结构的侧面和已开孔的焊接掩膜层的背面沉积有第二金属层［４１］；在第二金属层的底端设有焊料凸起［５０］，从而使所述兼容焊垫［１５］通过所述第二金属层［４１］和所述第一金属层［４０］与所述焊接凸起［５０］电连通。

【技术特征摘要】
1.双层引线封装结构，包括其上设有芯片的晶体基片，芯片外围密布排列兼容焊垫[15]；设于芯片和基片正面的第一玻璃封装层[5]；设于基片背面的绝缘材料层[25]；其特征在于在所述绝缘材料层背面沉积有第一金属层[40]，所述第一金属层中央位置设有开孔；在带有开孔的第一金属层背面上覆盖有第一焊接掩膜层[35]，在所述第一焊接掩膜层[35]上设置有至少一个开孔，使得第一金属层有部分表面通过所述第一焊接掩膜层[35]上的开孔被露出；在所述封装结构的侧面和已开孔的焊接掩膜层的背面沉积有第二金属层[41]；在第二金属层的底端设有焊料凸起[50]，从而使所述兼容焊垫[15]通过所述第二金属层[41]和所述第一金属层[40]与所述焊接凸起[50]电连通。2.根据权利要求1所述的双层引线封装结构，特征在于所述第二金属层[41]和所述兼容焊垫[15]之间的电连通呈“T”形连接，所述第一金属层[40]和所述第二金属层[41]之间的电连通呈“L-U”形连接，所述兼容焊垫[15]到所述焊接凸起[50]之间的电连通呈“T-L-U”形连接。3.根据权利要求1所述的双层引线封装结构，特征在于所述第二金属层[41]和所述兼容焊垫[15]之间的电连通呈“T”形连接，所述第一金属层[40]和所述第二金属层[41]之间的电连通呈“T-2U”形连接，所述兼容焊垫[15]到所述焊接凸起之间的电连通呈“2T-2U”形连接。4.根据权利要求1所述的双层引线封装结构，特征在于在所述晶体基片和所述第一玻璃封装层之间设有空腔壁[10]。5.根据权利要求1所述的双层引线封装结构，特征在于在所述绝缘材料层[25]和所述第一金属层[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]和所述第一金属层[40]之间设有第二焊接掩膜层[36]。6.根据权利要求1所述的双层引线封装结构，特征在于在所述晶体基片和所述第一玻璃封装层之间设有空腔壁[10]；在所述绝缘材料层[25]和所述第一金属层[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]和所述第一金属层[40]之间设有第二焊接掩膜层[36]。7.双层引线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...

【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]