传感器封装结构及封装方法与流程

1.本发明涉及半导体封装领域，尤其涉及一种传感器封装结构及封装方法。


背景技术：

2.光学传感器是依据光学原理进行测量的，具有诸如非接触和非破坏性测量、几乎不受干扰、高速传输以及可遥测、遥控等特点，广泛应用于航天、航空、国防科研、信息产业、机械、电力、能源、交通、生物、医学等领域。目前，光学传感器主要有：光学图像传感器、透射型光学传感器、光学测量传感器、光学鼠标传感器、反射型光学传感器等。
3.以光学图像传感器为例，其通过将光学图像信号转换成电子信号进行处理。通常为了保护图像传感器的芯片，使其长期稳定工作以及长期保持良好的感测灵敏度，需要设计稳定可靠的封装结构。在对图像传感器进行封装时，一方面要对感测芯片的感光区域进行保护；另一方面，要对传感器与外部电路的电性连接线进行保护，防止外界因素对于感测信号的正常获取和处理造成影响。
4.现有技术中，在封装图像传感器时，将透光盖板与包封层的粘附固定并覆盖于感光区域上方以形成空腔，空腔为密封腔。此封装结构在回流时，空腔内气体受热膨胀会将透光盖板冲出，导致封装结构封装异常。另外，光学图像传感器在工作时，传感器芯片发热，导致空腔内出现水汽，此水汽长期滞留在空腔内会影响传感器芯片性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种传感器封装结构及封装方法，用于克服现有传感器封装结构的缺陷，提升封装结构的良率、性能等。
6.本发明技术方案提供了一种传感器封装结构，所述传感器封装结构包括：基板，所述基板包括承载面；传感器芯片，所述传感器芯片设置于所述承载面上方，所述传感器芯片包括感光区，所述感光区远离所述承载面；包封层，所述包封层包覆所述基板和所述传感器芯片，所述包封层包括远离所述承载面的顶面，所述顶面包括开口，所述感光区自所述开口露出；透光盖板，所述透光盖板固定于所述开口中，所述透光盖板覆盖于所述感光区上方，且与所述感光区之间形成空腔；以及气孔，所述气孔自所述顶面朝向所述包封层内延伸，并与所述空腔连通；其中，所述空腔经由所述气孔和外界连通。
7.作为可选的技术方案，所述气孔包括远离所述顶面的底端，所述透光盖板包括朝向所述感光区的内表面，其中，所述底端位于所述内表面下方且不与所述内表面接触。
8.作为可选的技术方案，所述包封层包括覆盖所述传感器芯片边缘的突起，所述突起位于所述开口中且位于所述感光区外侧，所述突起上设有凹槽，其中，所述凹槽和所述空腔连通，一并通过所述气孔和外界连通。
9.作为可选的技术方案，所述开口、所述气孔、所述凹槽和所述包封层一体成型。
10.作为可选的技术方案，所述突起为阶梯结构突起，所述阶梯结构突起包括朝向所述透光盖板的横向表面，所述凹槽位于所述横向表面上，其中，所述横向表面的部分区域朝
向远离所述透光盖板的方向凹陷形成所述凹槽。
11.作为可选的技术方案，所述横向表面不与所述透光盖板朝向所述感光区的内表面接触。
12.作为可选的技术方案，所述横向表面包括相互连接的第一横向表面和第二横向表面，所述凹槽位于所述第一横向表面上，其中，于所述基板的厚度方向上，所述第一横向表面齐平于或者低于所述第二横向表面。
13.作为可选的技术方案，所述气孔包括远离所述顶面的底端，所述底端位于所述横向表面的下方。
14.作为可选的技术方案，所述气孔和所述开口连通，所述透光盖板包括朝向所述气孔的侧边，所述侧边对应于所述气孔的区域悬空于所述开口中。
15.作为可选的技术方案，所述传感器芯片包括多个第一导电连接点；所述承载面上包括多个第二导电连接点；其中，所述多个第一导电连接点和所述多个第二导电连接点之间通过多个金属导线连接。
16.本发明还提供一种传感器封装结构的封装方法，所述封装方法包括：
17.提供待封装组件，所述待封装组件包括基板和传感器芯片，所述基板包括承载面，所述传感器芯片设置于所述承载面上方，所述传感器芯片包括远离所述承载面的感光区；
18.提供塑封模具和包封料，所述塑封模具包括注塑空穴，放置所述待封装组件于所述注塑空穴中，并填充所述包封料至所述注塑空穴中，形成包覆所述待封装组件的包封层，所述包封层包括远离所述承载面的顶面，所述顶面设有开口，所述感光区自所述开口中露出，形成于所述包封层内的气孔，所述气孔自所述顶面朝向所述包封层内延伸；以及
19.提供透光盖板，固定所述透光盖板于所述开口中，所述透光盖板覆盖于所述感光区上方并与所述感光区之间形成空腔，所述空腔通过所述气孔和外界连通。
20.与现有技术相比，本发明提供一种传感器封装结构及封装方法，传感器封装结构的包封层中设置和传感器封装结构内空腔相连通的气孔，空腔通过气孔和外界连通，避免覆盖在空腔上的透光盖板在封装过程因空腔内气体膨胀压力增大导致的透光盖板冲出。另外，在空腔和气孔相连通的流通路径上设置凹槽，通过凹槽积聚传感器芯片工作发热导致的水汽，再经气孔排出外界，避免水汽对传感器芯片性能的影响，提升封装结构的使用性能。
21.以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明一实施例提供的传感器封装结构的俯视图。
24.图2为沿图1中虚线aa的剖面示意图。
25.图3为沿图1中虚线bb的剖面示意图。
26.图4为本发明另一实施例提供的传感器封装结构的剖面示意图。
27.图5为本发明一实施例提供的传感器封装结构的封装方法的流程图。
28.图6为传感器封装结构中包括气孔和凹槽的包封层的形成过程的剖面示意图。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.本发明的目的在于提供一种传感器封装结构及封装方法，在传感器封装结构的包封层设置和传感器封装结构内的空腔连通气孔，空腔通过气孔和外界连通，避免覆盖在空腔上的透光盖板在封装过程封装异常。另外，在空腔和气孔相连通的路径上设置凹槽，通过凹槽积聚传感器芯片工作发热导致的水汽，再经气孔排出外界，避免水汽对传感器芯片性能的影响，提升封装结构的使用性能。
32.如图1至图3所示，本发明一实施例中提供了传感器封装结构100，其包括基板10、传感器芯片20、包封层30、透光盖板40和气孔33，基板10包括承载面11；传感器芯片20设置于承载面11上方，传感器芯片20包括感光区20a，感光区20a远离承载面11；包封层30包覆基板10和传感器芯片20，包封层30包括远离承载面11的顶面31，顶面31包括开口32，感光区20a自开口32中露出；透光盖板40固定于开口32中，透光盖板40覆盖于感光区20a上方，透光盖板40与感光区20a之间形成空腔50；气孔33自顶面31朝向包封层30内延伸，气孔33与空腔50连通；其中，空腔50通过气孔33与外界连通。
33.本实施例中，在包封层30上引入气孔33，气孔33的上端位于顶面31上，气孔33相对的底端331位于包封层30内部，底端331位于透光盖板40朝向感光区20a的内表面的下方，且不与内表面接触，在内表面和底端331之间形成流通通道(如图3中虚线和箭头所示)，空腔50经过此流通通道与气孔33连通，再与外界相连通。传感器封装结构100在回流过程中，空腔50经气孔33与外界连通，空腔50内的气体受热膨胀后从气孔33中排出，维持空腔50内的压力和外界大气压相平衡，不会导致透光盖板40从开口32中冲出的问题。
34.如图1和图3所示，气孔33和开口32连通，即，气孔33可视作开口32朝向远离感光区20a方向延伸出的孔洞，孔洞的上端位于顶面31上，孔洞的底端延伸至透光盖板40的下方且和空腔50连通。其中，孔洞例如是盲孔结构。当然，在本发明其他实施例中，依据实际的封装需要，孔洞也可以是贯穿包封层的贯孔结构。
35.气孔33和开口32连通，透光盖板40包括朝向气孔33的侧边41，侧边41对应于气孔33的区域悬空于开口32中。
36.如图2至图3所示，包封层30包括覆盖传感器芯片20边缘的突起301，突起301位于开口32中且位于感光区20a的外侧，突起301上设有凹槽34，凹槽34和空腔50连通，一并通过气孔33和外界连通。
37.突起301为阶梯结构突起，其包括朝向透光盖板40的横向表面302，凹槽34位于横
向表面302上，其中，横向表面302的部分区域朝向远离透光盖板40的方向凹陷形成凹槽34。
38.另外，横向表面301不与透光盖板40朝向感光区20a的内表面接触，两者之间能够形成流通通道，确保空腔50、凹槽34均能够经上述流通通道连通气孔33，再经气孔33与外界连通。
39.凹槽34位于感光区20a和气孔33之间，且位于上述流通通道中，其中，传感器芯片20工作中导致空腔50内出现水汽，水汽在上述流通通道中流动并沉积至凹槽34内，一方面，避免水汽朝向空腔50内部流动，避免影响传感器封装结构100的性能；另一方面，传感器芯片20持续工作产生的热量可将凹槽34内沉积的水汽挥发沿着上述流通通道从气孔33中排出至外界环境中，提升封装结构的使用性能。
40.如图3所示，突起301例如是围设于感光区20a外侧，并朝向远离感光区20a的上方突出，凸起301朝向透光盖板40的横向表面302上设置凹槽34的部分区域的表面和未设置凹槽34的其他区域的表面相齐平。换言之，以图3绘示的视角为参照，凸起301在感光区20a两侧的横向表面的高度一致。
41.如图4所示，在本发明另一实施例提供的传感器封装结构200中，凸起301’围设于感光区20a的外侧，凸起301’朝向远离感光区20a上方突出，其中，凸起301’朝向透光盖板40的横向表面包括相连接的第一横向表面302’和第二横向表面303，凹槽34设置于第一横向表面302’中，较佳的，沿着基板10的厚度方向，第一横向表面302’位于第二横向表面303的下方，用于确保透光盖板40的内表面和包封层30的凸起301’之间始终留有空隙，维持流通通道和气孔30之间的畅通。
42.另外，图4与图3中相同的标号代表相同的元件具有相似的功能，可参照上述对图3中各标号的说明，不另赘述。
43.如图3所示，气孔33的底端331位于横向表面302的下方，外界环境朝向空腔50内移动的水汽和/或灰尘会首先沉积在气孔33的底端331中，避免直接进入空腔50内部，对传感器芯片20造成影响。
44.在本发明一些实施例中，基板10包括一个或者多个交替层叠的绝缘层和导电层，其可以是pcb电路板。基板10的承载面11用于承载固定芯片20。承载面11上包括多个第二导电连接点，例如焊盘、焊垫结构。
45.芯片20包括电性连接的第一芯片21和第二芯片22，第二芯片22固定于承载面11上方，第一芯片21层叠于第二芯片22的上方。
46.第一芯片21可以为互补式金氧半导体(complementary metal oxide semiconductor,cmos)影像感测芯片或电荷耦合组件(charged couple device，ccd),可用以感测光线。第一芯片21的上表面形成有感光区20a，感光区20a的周围设有多个第一导电连接点，多个第一导电连接点和感光区20a中感光组件电性连接，藉由金属导线70以打线连接的方式使得第一芯片21上的多个第一导电连接点和承载面11上多个第二导电连接点电性连接。
47.第二芯片22由半导体材料(硅)制成，其包括活性表面，此活性表面包括一个或多个电气部件(例如集成电路)，集成电路可以是模拟或数字电路,具体地，第二芯片22包括形成专用集成电路(asic)的电气部件。
48.另外，承载面11上可设置有一粘着剂材料23，通过此粘着剂材料23将第二芯片22
固定于承载面11上。
49.透光盖板40用于保护芯片20的感光区20a，避免污染物污染感光区20a，其中，外界光线透射至透光盖板40并入射至感光区20a上。透光盖板40可以是透明树脂盖板、透明玻璃盖板等。其中，透光盖板40覆盖在感光区20a上方，并与感光区20a之间形成空腔50，不影响感光区20a感测光线的功能。
50.粘着层60的材料例如可以选自环氧树脂(epoxy)等。其中，粘着层60例如是涂覆在突起301的横向表面302和开口32的内壁上，透光盖板40通过粘着层60粘附固定于开口32的内壁和横向表面302上。另外，横向表面302上设置凹槽34的部分区域不涂覆粘着层60。
51.如图5所示，本发明还提供一种传感器封装结构的封装方法1000，其包括：
52.提供待封装组件，待封装组件包括基板和传感器芯片，基板包括承载面，传感器芯片设置于承载面上方，传感器芯片包括远离承载面的感光区；
53.提供塑封模具和包封料，塑封模具包括注塑空穴，放置待封装组件于注塑空穴中，并填充包封料至注塑空穴中，形成包覆待封装组件的包封层，包封层包括远离承载面的顶面，顶面设有开口，感光区自开口中露出，形成于包封层内的气孔，气孔自所述顶面朝向包封层内延伸；以及
54.提供透光盖板，固定透光盖板于开口中，透光盖板覆盖于感光区上方并与感光区之间形成空腔，空腔通过气孔和外界连通。
55.以下将结合图1、图2、图3以及图6详细说明图5中所示的封装方法1000。
56.如图2、图3和图6所示，待封装组件包括基板10和传感器芯片20，基板10包括承载面11，传感器芯片20设置于承载面11上方，传感器芯片20包括远离承载面11的感光区20a。
57.提供塑封模具和包封料30a，塑封模具包括相互装配的下模具2000和上模具3000，下模具2000和上模具3000之间形成有注塑空穴5000，上模具3000朝向下模具2000的一侧表面结构和形成的包封层30的顶面31的形状相适配。上模具3000朝向下模具2000的一侧表面包括第一凸起3001和第二凸起3002，其中，第一凸起3001和气孔33相适配，第二凸起3002和凹槽34相适配，第一凸起3001位于第二凸起3002的外侧。
58.另外，对应于包封层30上的开口32，上模具3000还包括大致为t字型的凸起，t字型的凸起包括横向结构和竖向结构，其中，第一凸起3001和第二凸起3002自横向结构上伸出并和竖向结构相互平行。
59.包封料30a填充于塑封模具的注塑部中，注塑部还包括推杆4000，推杆4000挤压包封料30a填充于注塑空腔5000中，待包封料30a固化后形成包封待封装组件的包封层30。
60.具体的，将待封装组件放置于下模具2000的载台上，移动下模具2000向上模具3000移动，下模具2000和上模具3000对齐，合模后，于下模具2000和上模具3000之间形成注塑空腔5000。
61.将塑封模具的注塑部中的包封料30a融化后，通过推杆4000推挤进入注塑空腔5000中，待包封料30a固化成型后获得包覆基板10和传感器芯片20的包封层30。
62.移动下模具2000，包封层30从上模具3000中脱模，包封层30的顶面31形成开口32、气孔33和凹槽34。
63.进一步，还包括将粘着层60涂覆于开口32的内壁及横向表面302上，以及提供透光盖板40，将透光盖板40放置于开口32中，透光盖板40的边缘和开口32的内壁和横向表面302
粘附固定。其中，横向表面302和透光盖板40朝向感光区20a的内表面不接触并形成连通通道，此时，位于透光盖板40和感光区20a之间的空腔50以及凹槽34经上述流通通道分别与气孔33连通，经由气孔33与外界连通。
64.综上，本发明提供一种传感器封装结构及封装方法，传感器封装结构的包封层中设置和传感器封装结构内空腔相连通的气孔，空腔通过气孔和外界连通，避免覆盖在空腔上的透光盖板在封装过程因空腔内气体膨胀压力增大导致的透光盖板冲出。另外，在空腔和气孔相连通的流通路径上设置凹槽，通过凹槽积聚传感器芯片工作发热导致的水汽，再经气孔排出外界，避免水汽对传感器芯片性能的影响，提升封装结构的使用性能。
65.本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。此外，上面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。必需指出的是，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种传感器封装结构，其特征在于，所述传感器封装结构包括：基板，所述基板包括承载面；传感器芯片，所述传感器芯片设置于所述承载面上方，所述传感器芯片包括感光区，所述感光区远离所述承载面；包封层，所述包封层包覆所述基板和所述传感器芯片，所述包封层包括远离所述承载面的顶面，所述顶面包括开口，所述感光区自所述开口露出；透光盖板，所述透光盖板固定于所述开口中，所述透光盖板覆盖于所述感光区上方，且与所述感光区之间形成空腔；以及气孔，所述气孔自所述顶面朝向所述包封层内延伸，并与所述空腔连通；其中，所述空腔经由所述气孔和外界连通。2.根据权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于，所述气孔包括远离所述顶面的底端，所述透光盖板包括朝向所述感光区的内表面，其中，所述底端位于所述内表面下方且不与所述内表面接触。3.根据权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于，所述包封层包括覆盖所述传感器芯片边缘的突起，所述突起位于所述开口中且位于所述感光区外侧，所述突起上设有凹槽，其中，所述凹槽和所述空腔连通，一并通过所述气孔和外界连通。4.根据权利要求3所述的传感器封装结构，其特征在于，所述开口、所述气孔、所述凹槽和所述包封层一体成型。5.根据权利要求3所述的传感器封装结构，其特征在于，所述突起为阶梯结构突起，所述阶梯结构突起包括朝向所述透光盖板的横向表面，所述凹槽位于所述横向表面上，其中，所述横向表面的部分区域朝向远离所述透光盖板的方向凹陷形成所述凹槽。6.根据权利要求5所述的传感器封装结构，其特征在于，所述横向表面不与所述透光盖板朝向所述感光区的内表面接触。7.根据权利要求6所述的传感器封装结构，其特征在于，所述横向表面包括相互连接的第一横向表面和第二横向表面，所述凹槽位于所述第一横向表面上，其中，于所述基板的厚度方向上，所述第一横向表面齐平于或者低于所述第二横向表面。8.根据权利要求5所述的传感器封装结构，其特征在于，所述气孔包括远离所述顶面的底端，所述底端位于所述横向表面的下方。9.根据权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于，所述气孔和所述开口连通，所述透光盖板包括朝向所述气孔的侧边，所述侧边对应于所述气孔的区域悬空于所述开口中。10.根据权利要求1所述的传感器封装结构，其特征在于，所述传感器芯片包括多个第一导电连接点；所述承载面上包括多个第二导电连接点；其中，所述多个第一导电连接点和所述多个第二导电连接点之间通过多个金属导线连接。11.一种传感器封装结构的封装方法，其特征在于，所述封装方法包括：提供待封装组件，所述待封装组件包括基板和传感器芯片，所述基板包括承载面，所述传感器芯片设置于所述承载面上方，所述传感器芯片包括远离所述承载面的感光区；提供塑封模具和包封料，所述塑封模具包括注塑空穴，放置所述待封装组件于所述注塑空穴中，并填充所述包封料至所述注塑空穴中，形成包覆所述待封装组件的包封层，所述
包封层包括远离所述承载面的顶面，所述顶面设有开口，所述感光区自所述开口中露出，形成于所述包封层内的气孔，所述气孔自所述顶面朝向所述包封层内延伸；以及提供透光盖板，固定所述透光盖板于所述开口中，所述透光盖板覆盖于所述感光区上方并与所述感光区之间形成空腔，所述空腔通过所述气孔和外界连通。

技术总结
本发明提供一种传感器封装结构及封装方法，传感器封装结构包括：基板，所述基板包括承载面；传感器芯片，所述传感器芯片设置于所述承载面上方，所述传感器芯片包括感光区，所述感光区远离所述承载面；包封层，所述包封层包覆所述基板和所述传感器芯片，所述包封层包括远离所述承载面的顶面，所述顶面包括开口，所述感光区自所述开口露出；透光盖板，所述透光盖板固定于所述开口中，所述透光盖板覆盖于所述感光区上方，且与所述感光区之间形成空腔；以及气孔，所述气孔自所述顶面朝向所述包封层内延伸，并与所述空腔连通；其中，所述空腔经由所述气孔和外界连通。所述气孔和外界连通。所述气孔和外界连通。


技术研发人员：杨先方 李全兵 金永新 田忠原 李鹏
受保护的技术使用者：江苏长电科技股份有限公司
技术研发日：2022.02.21
技术公布日：2022/5/25