带有冷却特征的低轮廓传感器封装和制造其的方法技术

带有冷却特征的低轮廓传感器封装和制造其的方法。一种传感器装置和制造其的方法，其包括具有相对的第一和第二表面的硅基底，形成在第一表面处或第一表面中的传感器，形成在第一表面处的多个第一接触焊盘，其与传感器电耦合，和形成为第一沟槽的多条冷却通道，其延伸进入第二表面中但是没有到达第一表面。冷却通道代替地可以被形成在一个或多个分开的基底上，其附着于硅基底以冷却硅基底。

【技术实现步骤摘要】
带有冷却特征的低轮廓传感器封装和制造其的方法相关申请本申请要求2013年9月24日提交的美国临时专利申请No.61/881,520的权益，并且其通过引用并入本文中。
本专利技术涉及微电子传感器装置的封装，并且更特别地涉及在维持压缩结构的同时对传感器装置进行冷却。
技术介绍
常规芯片的冷却配置如图1A和1B中所示。该配置包括一个或多个半导体装置(芯片)1，其被安装(通过它的底表面)到例如硅的主体(封装)基底2上。大热沉3被安装到芯片1的顶部，以通过热沉3的散热片4向空气中传导并消散热量。常规芯片冷却配置具有若干不足之处。首先，封装的组件厚度太大。第二，与热沉接触的芯片表面积太小，这导致太低的离开芯片的热量消散速率。第三，对于芯片来说，其具有需要暴露的活性区域(例如图像传感器)，传统的热沉不能被施加在活性区域上方。需要一种芯片冷却配置，其与具有暴露的活性区域的芯片相容，也对整体尺寸添加最小厚度。
技术实现思路
传感器装置，其包括：硅基底，其具有相对的第一和第二表面；传感器，在第一表面处或第一表面中形成；多个第一接触焊盘，形成于电耦合到所述传感器的第一表面处；以及形成为第一沟槽的多条冷却通道，所述沟槽延伸入第二表面但是没有到达第一表面。传感器装置，其包括：硅基底，其具有相对的第一和第二表面；传感器，在第一表面处或第一表面中形成；多个第一接触焊盘，形成于电耦合到所述传感器的第一表面处；第二基底，具有相对的第一和第二表面，其中硅基底的第二表面被安装到第二基底的第一表面，以及形成为第一沟槽的多条冷却通道，所述沟槽延伸入第二基底的第一和第二表面中的一个但是没有到达第二基底的第一和第二表面中的另一个。一种形成传感器装置的方法，包括：提供具有相对的第一和第二表面的硅基底，在第一表面处或第一表面中形成传感器，在电耦合到所述传感器的第一表面处形成多个第一接触焊盘，并且形成作为第一沟槽的多条冷却通道，所述沟槽延伸入第二表面但是没有到达第一表面。一种形成传感器装置的方法，包括：提供具有相对的第一和第二表面的硅基底，在第一表面处或第一表面中形成传感器，在电耦合到所述传感器的第一表面处形成多个第一接触焊盘，提供具有相对的第一和第二表面的第二基底，形成作为第一沟槽的多条冷却通道，所述第一沟槽延伸入第二基底的第一和第二表面中的一个，但是没有到达第一和第二表面中的另一个，并且将硅基底的第二表面安装到第二基底的第一表面。本专利技术的其它目的和特征将通过对详细描述、权利要求和附图的回顾而变得明显。附图说明图1A和1B为现有技术中芯片冷却配置的侧面横截面图。图2A-K为示出在包括图像传感器的基底中形成冷却通道的步骤的侧面横截面图。图3A-3B为示出将图像传感器管芯集成在PCB中的步骤的侧面横截面图。图4为示出集成的图像传感器管芯和利用热管的PCB的侧面横截面图。图5为示出集成的图像传感器管芯和PCB的侧面横截面图。图6为示出集成的图像传感器管芯和利用热管的PCB的侧面横截面图。图7为示出形成于分开的冷却模块中的冷却通道的侧面横截面图，冷却模块附着于图像传感器基底。图8为示出形成于分开的冷却模块中的冷却通道的侧面横截面图，其通过热电热量泵与图像传感器基底连接。图9为示出形成于多个分开的冷却模块中的冷却通道的侧面横截面图，冷却模块附着于图像传感器基底。图10为示出形成于分开的冷却模块的顶表面和底表面两者中的冷却通道的侧面横截面图，冷却模块附着于传感器基底。具体实施方式本专利技术为半导体芯片装置的低轮廓封装冷却方案。图2A-2K图示了冷却封装方案的形成。该形成开始于包括形成于其上(也就是在基底10的顶/前表面上、处和/或中)的多个传感器12的晶片10(基底)，如图2A所示。为了例证的目的，封装传感器的形成将相对于光学传感器进行描述，但是可以使用任何传感器(例如光学、化学、指纹、MEMS传感器等)。每个图像传感器12包括多个光电检测器14、支持电路16、和接触焊盘18。传感器12被配置为检测并测量入射在每个传感器12的活性区域17上的光。接触焊盘18电连接到光电检测器14和/或它们的支持电路16，以提供离开芯片的信令。每个引入的光电检测器14将光能量转换为电压信号。附加的电路可以被包括以放大电压，和/或将它转换为数字数据。滤色器和/或微透镜20能够被安装在光电检测器14上方。这种类型的传感器是本领域公知的，因此在这里不再进一步描述。保护层22(例如膜形式的聚合物)被放置或沉积或安装在基底10的活性(顶／前)表面上方。可以对基底10的背/底表面施加可选的硅薄化处理，例如通过机械打磨、化学机械抛光(CMP)、湿法刻蚀、大气下游等离子体(ADP)、干法化学刻蚀(DCE)、或前述工艺的组合或任何其它适合的一个或多个硅薄化方法。得到的结构如图2B所示。光刻胶层24被沉积在基底10的背表面上方。光刻胶沉积可以为喷射、旋涂或任何其它一个或多个适合的沉积方法。光刻胶24被曝光并且使用适合的本领域公知的光刻处理来选择性刻蚀，以形成开口的图案，其让基底的背表面的选定部分暴露。开口的图案可以为满足装置需要的任何形状或设计。例如，图案可以为一系列平行的行和/或平行的列、网纹线、同心或非同心圆、和/或不同形状的组合。图案可以是一致的、非一致的、和/或包括离散和分开的图案。基底10的暴露的背表面部分通过各向异性干法刻蚀或其它适合的刻蚀来进行刻蚀，以在基底10的背表面内形成沟槽26(即冷却通道)。硅刻蚀可以使用CF4、SF6、NF3、Cl2、CCl2F2或任何其它适合的刻蚀剂来执行。沟槽的优选的深度范围为基底整体厚度的5％到50％。沟槽26可具有垂直的侧壁或锥形侧壁。沟槽侧壁的优选角度范围为相对于基底的背表面的30度到90度。图2C示出了得到的结构(带有锥形沟槽侧壁)。在光刻胶被移除后(例如使用硫酸、丙酮、氧化物形成用等离子体或任何其它本领域公知的光刻胶剥除方法)，可选的高热导材料和扩散阻挡层材料的层28可以形成于基底10的背表面上。该层可以被形成为多个子层。例如，一个优选的层28可以由按以下次序形成于基底的背表面上的以下子层形成：氮化硅、钛和铜。这些子层可以通过物理气相沉积(PVD)来沉积。层28的材料组成不限于以上提到的示例。保护层22被选择性图案化(例如使用激光或光刻工艺)以移除其部分，来使在传感器12的活性区域之间的基底的前表面的区域暴露(包括使接触焊盘18暴露)。得到的结构如图2D所示。光刻胶层30被沉积在保护层22和基底的前表面的暴露部分(即其处或其上形成传感器部件的活性侧面)上。光刻胶30被曝光并被选择性刻蚀以让基底的前表面的部分暴露(在邻近的传感器12的接触焊盘18之间的部分)。基底的前表面的暴露部分接着被刻蚀并移除(例如通过各向异性干法刻蚀)以在基底10的前表面中形成第二沟槽32。刻蚀可以使用CF4、SF6、NF3、Cl2、CCl2F2刻蚀剂或任何其它适合的刻蚀剂。第二沟槽32的优选的深度范围为基底10厚度的5％到50％。得到的结构如图2E所示。在光刻胶30被移除后，钝化层34(例如二氧化硅、氮化硅等)被沉积在基底10的前表面上方(包括其上的保护层22上方)。优选地，钝化层34使用PECVD(等离子体增强化学气相沉积)沉积方法或任何其它一个或多个适合的沉积方法来由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器装置，包括：具有相对的第一和第二表面的硅基底；形成在所述第一表面处或所述第一表面中的传感器；形成在所述第一表面处的多个第一接触焊盘，其与所述传感器电耦合；和形成为第一沟槽的多条冷却通道，其延伸进入所述第二表面中，但是没有到达所述第一表面。

【技术特征摘要】
2013.09.24 US 61/881520;2014.09.22 US 14/4922191.一种传感器装置，包括：具有相对的第一和第二表面的硅基底；形成在所述第一表面处或所述第一表面内的传感器；形成在所述第一表面处的多个第一接触焊盘，其与所述传感器电耦合；具有相对的第一和第二表面的第二基底，其中所述硅基底的第二表面被安装到所述第二基底的第一表面；和形成为第一沟槽的多条冷却通道，其延伸进入所述第二基底的第一和第二表面中的一个中，但是没有到达所属第二基底的第一和第二表面中的另一个；以及形成为第二沟槽的第二多条冷却通道，其延伸进入所述第二基底的第一和第二表面中的另一个中。2.如权利要求1所述的装置，进一步包括：设置在所述硅基底的第二表面和所述第二基底的第一表面之间的热传导材料。3.如权利要求1所述的装置，进一步包括：设置在所述硅基底的第二表面和所述第二基底的第一表面之间的热电热量泵。4.如权利要求1所述的装置，进一步包括：具有相对的第一和第二表面的第三基底，其中所述第二基底的第二表面被安装到所属第三基底的第一表面；和形成为第二沟槽的第二多条冷却通道，其延伸进入所述第三基底的第一和第二表面中的一个中，但是没有到达所述第三基底的第一和第二表面中的另一个。5.如权利要求1所述的装置，进一步包括：具有相对的第一和第二表面的第三基底，其中所述第二基底的第二表面被安装到所述第三基底的第一表面；设置在所述第三基底的第一表面处的多个第二接触焊盘；多条电引线，其延伸通过所述第三基底，并且与所述多个第二接触焊盘电耦合；和多条导线，每一条导线从第一接触焊盘之一延伸到所述第...

【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