无封盖传感器模块及其制造方法技术

本发明专利技术涉及无封盖传感器模块及其制造方法。一种传感器封装包括主衬底组件，所述主衬底组件包括第一衬底、第一衬底中的电路层，以及电耦合至电路层的第一接触垫。传感器芯片包括具有相对的第一和第二表面的第二衬底、形成在第二衬底的第一表面之上或之下的一个或多个传感器、形成在第二衬底的第一表面处并且电耦合至一个或多个传感器的多个第二接触垫、每一个都被形成到第二衬底的第二表面中并且贯穿第二衬底到第二接触垫中的一个的多个孔洞、以及每一个都从第二接触垫中的一个贯穿多个孔洞中的一个，并且沿着第二衬底的第二表面延伸的导电引线。多个电连接器的每一个都将第一接触垫中的一个与导电引线中的一个电连接。

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请要求2013年3月12日提交的美国临时申请号61/778244的权益，并且通过引用将其结合到本文中。
本专利技术涉及一种微电子器件的封装，并且更具体地涉及一种光学或化学半导体器件的封装。
技术介绍
半导体器件的趋势是封装在更小封装(其保护芯片，同时提供了离片信令连通性)中的更小的集成电路(IC)器件(也称作芯片)。一个示例是图像传感器，其是包括了将入射光转变成电信号(其以良好的空间分辨率精确地反映了入射光的强度和色彩信息)的光电探测器的IC器件。 在用于图像传感器的晶片级封装解决方案的研发背后存在不同的驱动力。例如，减小的形状因子(即，为了实现最高能力/体积比而增加的密度)克服了空间限制并且能够实现更小的照相机模块解决方案。增加的电学性能可以利用更短的互连长度来实现，这提高了电学性能并且因此提高了器件速度，并且这强烈降低了芯片功耗。 当前，板上芯片(C0B-其中裸芯片被直接安装在印刷电路板上)和壳箱(Shellcase)晶片级CSP(其中晶片被层叠在两个玻璃薄片之间)是用于构建图像传感器模块的主要封装和组装工艺(例如用于移动设备照相机、光学鼠标等等)。然而，在使用更高分辨率像素图像传感器时，由于组装限制、尺寸限制(对于更小轮廓器件的需求)、产量问题和光学性能上所需的改进，COB和壳箱WLCSP组装变得越来越困难。 需要改进的封装和封装技术，其提供了具有改进性能的小轮廓封装解决方案。
技术实现思路
一种图像传感器封装，包括主衬底组件和传感器芯片。主衬底组件包括第一衬底、第一衬底中的一个或多个电路层、以及电耦合至一个或多个电路层的多个第一接触垫。传感器芯片包括具有相对的第一和第二表面的第二衬底、形成在第二衬底的第一表面之上或之下的一个或多个传感器、形成在第二衬底的第一表面处并且被电耦合至一个或多个传感器的多个第二接触垫、每一个都被形成到第二衬底的第二表面中并且贯穿第二衬底延伸至第二接触垫中的一个的多个孔洞、以及每一个都从第二接触垫中的一个贯穿多个孔洞中的一个并且沿着第二衬底的第二表面延伸的导电引线。多个电连接器的每一个都将第一接触垫中的一个与导电引线中的一个电连接。 一种形成传感器封装的方法，包括:提供包括一个或多个电路层的第一衬底，以及电耦合至一个或多个电路层的多个第一接触垫；提供传感器芯片，该传感器芯片包括具有相对的第一和第二表面的第二衬底、在第二衬底之上或之下的一个或多个传感器、以及形成在第二衬底的第一表面处并且被电耦合至一个或多个传感器的多个第二接触垫；将多个孔洞形成到第二衬底的第二表面中，其中多个孔洞中的每一个贯穿第二衬底并延伸至第二接触垫中的一个；形成多个导电引线，每一个都从第二接触垫中的一个贯穿多个孔洞中的一个并且沿着第二衬底的第二表面延伸；以及形成多个电连接器，每一个都将第一接触垫中的一个与导电引线中的一个电连接。 通过回顾说明书、权利要求书和附图，本专利技术的其他目的和特征将变得清楚。 【附图说明】 图1A至图1H是按顺序示出了形成传感器组件中的步骤的横截面侧视图。 图2是示出了传感器组件的替代实施例的横截面侧视图。 图3A至图3D是示出了间隔件衬底中开口的不同配置结构的顶视图。 【具体实施方式】 本专利技术涉及一种传感器器件，并且更具体地涉及形成无封盖芯片级封装。传感器的有效区域可以被暴露于环境以用于探测诸如气体或化学物的物理物质，或者可以被集成在透镜模块结构内部，其中仅探测光子而没有与保护性封盖相关联的扭曲或光子损失。 图1A至图1H图示出了封装图像传感器的形成，尽管本专利技术不限于图像传感器。该形成开始于包含了形成于其上的多个图像传感器12的晶片10(衬底)，如图1A所图示的。每个图像传感器12包括有效区域，其具有多个光电探测器14、以及支持电路16和接触垫 18。接触垫18被电连接至光电探测器14和/或它们的支持电路16以用于提供离片信令。每个光电探测器14将光能转换为电压信号。可以包括额外的电路以放大电压，和/或将电压转换为数字数据。色彩滤光器和/或微透镜20可以被安装在光电探测器14之上。该类型的传感器是本领域熟知的，并且在此不进一步描述。 通过从间隔件衬底22开始来形成保护器组件21，该间隔件衬底可以是玻璃或任何其他刚性材料。玻璃是用于间隔件衬底22的优选材料。在25至1500 μ m的范围内的玻璃厚度是优选的。将传感器区域窗口开口 24在将与传感器12的有效区域相对应(即布置在其之上)的位置处形成在间隔件衬底22中。可以通过激光、喷砂、蚀刻或任何其他合适的空腔形成方法来形成开口 24。间隔件材料的可选层26可以被沉积在间隔件衬底22上。该沉积可以发生在开口 24的形成之前，使得对应开口也被形成在间隔件层26中。然而，间隔件材料26中开口 24的尺寸可以不同于间隔件衬底22中的那些开口尺寸(例如，间隔件材料26中开口 24的尺寸可以比衬底22中的那些更大或更小)。间隔件层材料26可以是聚合物、环氧树脂或任何其他合适的材料，其可以通过滚筒、喷涂、丝网印刷或任何其他合适的方法来沉积。在5至500μπι的范围内的厚度对于间隔件层26而言是优选的。保护带或类似的层28被布置/安装在间隔件衬底22之上，这在衬底22和材料26中的开口 24处形成了空腔30。空腔30的高度优选地在5至500 μ m的范围内。得到的保护器组件21的结构在图1B中被示出。 将保护性结构组件21通过接合材料安装/接合至衬底10的有效侧。例如，可以通过滚筒来沉积环氧树脂，并且随后可以使用加热固化或任何其他合适的接合方法。保护性结构组件21单独地密封了用于每个传感器12的有效区域，但是空腔30优选地并未延伸至接触垫18。随后执行硅薄化以减小衬底10的厚度。可以通过机械研磨、化学机械抛光(CMP)、湿法蚀刻、大气下游等离子(ADP)、干法化学蚀刻(DCE)、前述工艺的组合或任何其他合适的一种或多种硅薄化方法来完成硅薄化。薄化的硅的厚度优选地在100至2000 μ m的范围内。得到的结构在图1C中被示出。 孔洞32随后被形成在衬底10的底表面中，并且贯穿衬底10以暴露接触垫18 (其中间隔件材料26在孔洞形成工艺期间为接触垫18提供机械支撑)。可以通过激光、干法蚀刻、湿法蚀刻或本领域熟知的任何其他合适的一种或多种孔洞形成方法来制造孔洞32。优选地，使用激光来形成孔洞32。优选地，接触垫18处的孔洞32的宽度不大于接触垫18，使得接触垫18周围没有暴露硅。在衬底10的底表面处孔洞32的开口优选地大于在接触垫18处的其宽度，由此孔洞32具有在接触垫18处结束并且暴露接触垫18的漏斗形状。替代地，孔洞32可以具有垂直侧壁。随后沿着孔洞32的侧壁以及衬底10的底表面(但是并未在接触垫18之上)来形成绝缘层34。可以通过在衬底10的非有效侧之上沉积诸如二氧化硅或氮化硅的绝缘材料的层来形成层34。非限定性示例可以包括通过PECVD或任何其他合适的一种或多种沉积方法形成的具有至少0.5 μ m厚度的二氧化硅。使用光刻工艺来移除孔洞32中接触垫18之上的层34的部分。具体地，通过喷涂或任何其他合适的一种或多种沉积方法来在晶片的非有效侧之上沉积光致抗蚀剂的层。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器封装，包括：主衬底组件，包括：第一衬底，一个或多个电路层，其在所述第一衬底中，多个第一接触垫，其被电耦合至所述一个或多个电路层；传感器芯片，包括：第二衬底，其具有相对的第一和第二表面，一个或多个传感器，其被形成在所述第二衬底之上或之下，多个第二接触垫，其被形成在所述第二衬底的第一表面处，并且被电耦合至所述一个或多个传感器；多个孔洞，每一个都被形成到所述第二衬底的第二表面中并且贯穿所述第二衬底延伸到所述第二接触垫中的一个，以及导电引线，每一个都从所述第二接触垫中的一个贯穿所述多个孔洞中的一个，并且沿着所述第二衬底的第二表面延伸；多个电连接器，每一个都将所述第一接触垫中的一个与所述导电引线中的一个电连接。

【技术特征摘要】
2013.03.12 US 61/778244;2014.03.07 US 14/2011541.一种传感器封装，包括: 主衬底组件，包括: 第一衬底， 一个或多个电路层，其在所述第一衬底中， 多个第一接触垫，其被电耦合至所述一个或多个电路层； 传感器芯片，包括: 第二衬底，其具有相对的第一和第二表面， 一个或多个传感器，其被形成在所述第二衬底之上或之下， 多个第二接触垫，其被形成在所述第二衬底的第一表面处，并且被电耦合至所述一个或多个传感器； 多个孔洞，每一个都被形成到所述第二衬底的第二表面中并且贯穿所述第二衬底延伸到所述第二接触垫中的一个，以及 导电引线，每一个都从所述第二接触垫中的一个贯穿所述多个孔洞中的一个，并且沿着所述第二衬底的第二表面延伸； 多个电连接器，每一个都将所述第一接触垫中的一个与所述导电引线中的一个电连接。2.根据权利要求1所述的传感器封装，进一步包括: 间隔件衬底，其被安装在所述第二衬底的第一表面之上，其中所述间隔件衬底包括布置在所述一个或多个传感器之上的一个或多个开口。3.根据权利2所述的传感器封装，进一步包括: 间隔件材料，其被布置在所述间隔件衬底和所述第二衬底之间，其中所述间隔件材料包括布置在所述一个或多个传感器之上的一个或多个开口，以及其中所述间隔件材料被布置在所述第二接触垫上并且向所述第二接触垫提供机械支撑。4.根据权利要求1所述的传感器封装，进一步包括: 间隔件衬底，其被安装在所述第二衬底的第一表面上，其中所述间隔件衬底包括布置在所述一个或多个传感器之上的一个或多个开口，以及其中所述间隔件衬底被布置在所述第二接触垫上并且向所述第二接触垫提供机械支撑。5.根据权利要求1所述的传感器封装，进一步包括: 绝缘材料的层，其在所述导电引线中的每一个与所述第二衬底之间。6.根据权利要求1所述的传感器封装，进一步包括: 绝缘材料的层，其被布置在所述第二衬底的第二表面之上并且覆盖了所述多个电连接器，除了与所述多个电连接器电接触的其接触垫部分之外。7.根据权利要求1所述的传感器封装，其中，所述多个孔洞中的每一个都具有漏斗形状的横截面。8.根据权利要求1所述的传感器封装，其中，所述一个或多个传感器包括被配置为接收入射在所述第二衬底的第一表面上的光的多个光电探测器。9.根据权利要求8所述的传感器封装，进一步包括: 透镜模块，其被安装至所述主衬底组件，其中所述透镜模块包括被布置用于将光聚焦到所述光电探测器上的一个或多个透镜。10.根据权利要求1所述的传...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·奥加涅相，Z·卢，
申请(专利权)人：奥普蒂兹公司，
类型：发明
国别省市：美国;US