[实用新型]一种圆片级硅通孔内的封装结构及其应用

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种圆片级硅通孔内的封装结构及其在圆片级图像传感器的封装结构中的应用，属于半导体芯片封装技术领域。

背景技术

圆片级图像传感器封装是近年来出现的封装形式，相比与传统的基板式封装，圆片级图像传感器封装有着封装体积小、封装成本低、封装良率高的特点，得到了越来越广泛的应用。

圆片级图像传感器的封装结构需要将芯片电极通过硅通孔互联技术，即以填充金属的硅通孔在垂直方向（Z轴方向）重新分布电极或线路，实现互联从芯片上表面垂直再分布到芯片背面。硅通孔互联通常包含硅通孔制作、绝缘层形成以及金属填充，如图1所示，绝缘层主要为氧化硅、氮化硅等无机材质，业内通过化学气相沉积（CVD）的方式形成于硅通孔内。但在实际生产过程中发现：绝缘层在受到应力后容易从基体上剥落或者自身开裂。如：在金属线路层制作后，由于金属热膨胀系数比绝缘层大，温度升高会带来张应力，导致绝缘层从界面剥落；由于工艺能力的限制，硅通孔的侧壁形貌很难制作的很平滑，容易在尖角处或者粗燥处形成应力集中，导致绝缘层开裂；随着硅通孔深宽比的不断增加，CVD形成的绝缘层在孔壁覆盖率下降的趋势越来越严重。因此绝缘层直接关系到硅通孔内金属线路层的良率，进而影响相关产品的成品率及可靠性。

发明内容

本实用新型的目的在于克服当前圆片级硅通孔内的封装结构的不足，提供一种能够避免硅通孔内的绝缘层剥落、开裂、覆盖不足等缺陷的圆片级硅通孔内的封装结构，以及应用该封装结构的圆片级图像传感器的封装结构。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型一种圆片级硅通孔内的封装结构，包括表层嵌置芯片电极的硅基本体，在所述硅基本体的芯片电极下方设置硅通孔，所述硅通孔的顶部为芯片电极的下表面，所述硅通孔的内壁设置绝缘层，所述绝缘层沿硅通孔的内壁向硅通孔外延展，所述绝缘层的表面设置结构保护层，在所述硅通孔内的芯片电极下方开设先后贯穿结构保护层、绝缘层的微孔，在所述结构保护层上选择性地设置金属线路层，所述金属线路层通过微孔与芯片电极实现电气连通，所述金属线路层的表面设置线路保护层。

本实用新型所述结构保护层沿绝缘层分布，且其延展面积不小于绝缘层的延展面积。

本实用新型所述微孔的横截面尺寸小于芯片电极的横截面尺寸。

本实用新型所述微孔在芯片电极下方先后贯穿结构保护层、绝缘层和芯片电极。

本实用新型在硅通孔内，所述硅通孔、结构保护层、绝缘层、微孔的对称轴线分别与芯片电极的纵向中心线重合。

本实用新型一种圆片级图像传感器的封装结构，包括表层嵌置若干个芯片电极的硅基本体，所述硅基本体的上表面的中央设置芯片感应区，所述芯片感应区的周边设置上下中空的隔离层，所述隔离层上设置盖板，所述盖板与隔离层在硅基本体的上表面形成容纳芯片感应区的空腔，在所述硅基本体的芯片电极下方设置硅通孔，所述硅通孔采用上述圆片级硅通孔内的封装结构，所述绝缘层、结构保护层和金属线路层依次延展至硅基本体的下侧，所述绝缘层与金属线路层之间为所述结构保护层，所述金属线路层的终端设置线路保护层开口。

本实用新型所述线路保护层开口内设置焊球。

本实用新型所述盖板为玻璃或硅片。

本实用新型所述隔离层设置于芯片电极的上方。

本实用新型所述微孔在芯片电极下方先后贯穿结构保护层、绝缘层和芯片电极，直达隔离层的内部。

本实用新型在覆盖率不佳的绝缘层的表面通过喷涂具有柔性的聚合材料的结构保护层，可以对后续工艺形成的应力起到缓冲作用，避免了绝缘层受应力后从硅基体上剥落；结构保护层对由于硅通孔形貌或者粗糙导致的应力集中也起到了预防作用，避免了应力集中导致绝缘层开裂；对于不断增加的硅通孔深宽比，通过喷涂形成于绝缘层表面的结构保护层，有效地弥补了CVD形成的绝缘层在孔壁覆盖率不高的缺陷。

本实用新型对硅通孔内连通金属线路层与芯片电极的微孔也进行了改进，通过增加微孔的贯穿深度，有效地降低了金属线路层对绝缘层的应力影响，也提高了金属线路层在硅通孔内的结合力。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型在原有绝缘层上增设具有柔性、喷涂形成的结构保护层，缓解了后续工艺对绝缘层的应力作用，有效地避免了硅通孔内的绝缘层剥落、开裂、覆盖不足等缺陷，增强了原有绝缘层的绝缘效果；通过改变原有微孔的深度，有效地降低了金属线路层对绝缘层的应力影响，进一步提高了金属线路层在硅通孔内的结合力，提高了硅通孔相关产品的成品率和可靠性。

附图说明