晶圆级光电子器件封装及其制造方法技术

本文中描述用于制造复数个光电子器件之方法，及由此等方法所得之该等光电子器件。一个此方法包括对一晶圆执行硅穿孔(TSV)处理，该晶圆包括多个光侦测器传感器区，藉此形成多个通孔，且接着隆起及镀制该等通孔及执行晶圆背面金属化。其后，将多个光源晶粒附着至该晶圆的一顶表面，且接着模制一透光材料以在其中囊封该等光侦测器传感器区及光传感器晶粒。另外，制造包括不透明光学串音屏障的不透明屏障。此外，焊球或其他电连接器附着至该晶圆的底部。最终切割该晶圆以将该晶圆分离成多个光电子器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术之具体实例大体上系关于晶圆级光电子封装及其制造方法。
技术介绍
图1为包括罩盖122的示例性先前技术光学近接传感器102的透视图，该罩盖经展示成移除。传感器102包括彼此间隔开且附着至基底基板108(例如，印刷电路板(PCB))的光源晶粒104及光侦测器晶粒106。光源晶粒104囊封于透明环氧树脂114中，且光侦测器晶粒106单独地囊封于透明环氧树脂116中。包覆光侦测器晶粒106的透明环氧树脂116与包覆光源晶粒104的透明环氧树脂118之间存在间隙112，其中间隙112在罩盖122附着至基板108时接受串音屏障132(其为罩盖122的一部分)。有可能由金属制成的罩122包括用于光源晶粒104的窗124及用于光侦测器晶粒126的单独窗126。不透明串音屏障132(与罩盖122一体成型或附着至罩盖122)用以光学隔离光源晶粒104与光侦测器晶粒106。从参看图1描述的示例性先前技术光学近接传感器102可以了解到，光学近接传感器的当前封装涉及许多组件及许多程序步骤，这增加材料列表，逐步增加制造成本，增加循环次数，且产生高良率损失。
技术实现思路
下文描述的某些具体实例使得能够在晶圆级执行光学近接传感器器件(其也可用于环境光感测)的完整处理，藉此减少材料清单，且提供高良率制造，从而得到极低成本的解决方案。有利地，可更一般化地被称作光电子器件的最终器件约为光侦测器晶粒自身的大小，从而导致显着小型化，使器件较适用于手持型或其他行动应用。在下文描述的具体实例中，不需要连接有光源晶粒及光侦测器晶粒的单独基底基板(例如，PCB基板)。而是，光源晶粒连接至光侦测器晶粒，以使得光侦测器晶粒充当用于成品光电子器件的基底。相比于其他近接传感器器件，此情形提供显着的成本降低。另外，此情形将总的封装占据面积减小至大约光侦测器晶粒自身的占据面积。图2为根据本专利技术的具体实例的光电子器件202的透视图，该光电子器件可为光学近接传感器，该光学近接传感器也可提供环境光感测。从图3至图6的论述将理解，根据本专利技术的特定具体实例，图2中所示的组件中的每一者经制造为晶圆的一部分，抑或在晶圆切割之前在晶圆级处理期间附着至晶圆。参看图2，展示光侦测器传感器区206，其使用任何已知或将来出现的晶圆级器件制造过程及结构而形成于晶圆的一部分(也被称作光侦测器晶粒204)内。举例而言，光侦测器传感器区206可包括经大量掺杂的N+区，及经轻度掺杂的P-区(例如，P-磊晶区)，该等区皆形成于经大量掺杂的P+或P++基板上。N+区及P-区形成PN接面，及更特定言之，N+/P-接面。在例如使用电压源给此PN接面加反向偏压时，围绕PN接面形成空乏区。在光入射于光侦测器传感器区206上时，在二极管空乏区中及附近产生电子-电洞对。电子被立即拉向N+区，而电洞被向下推向P-区。此等电子(也被称作载流子)在N+区中被撷取，且产生指示光强度的可测量的光电流。此情形仅为光侦测器传感器区206的结构的一个实例，其不意欲受限制。光侦测器传感器区206可替代地包括P+/N-接面，或PIN、NPN、PNP或NIP接面，但不限于此。此外，应注意，光侦测器传感器区206可由连接到一起的多个较小光侦测器传感器区组成。光侦测器传感器区206产生响应于且指示入射光的信号(例如，光电流)，而不管光侦测器传感器区206的确切结构为何。在某些具体实例中，光侦测器传感器区206由透光材料208覆盖，该透光材料可为例如透光环氧树脂(例如，透明或有色环氧树脂)或其他透光树脂或聚合物。在某些具体实例中，透光材料208可具有将非所关注的特定波长的光过滤掉同时允许所关注的波长的光通过的颜料或其他性质。光电子器件202也经展示为包括囊封于透光材料218内的光源晶粒216，该透光材料有可能与透光材料208相同。光源晶粒216包括发光组件，其可为发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、主体发射LED、表面发射LED、垂直空腔表面发射雷射(VCSEL)、超发光发光二极管(SLED)、激光二极管或像素二极管，但不限于此。光源晶粒216至少包括阳极接点及阴极接点。根据某些具体实例，阳极及阴极接点中的一者位于光源晶粒216的底部上，且连接至光侦测器晶粒204的顶表面上的结合衬垫；且阳极及阴极接点中的另一者位于光源晶粒216的顶表面上，且由结合导线224连接至光侦测器晶粒204的顶表面上的结合衬垫。在替代具体实例中，阳极及阴极接点两者皆位于光源晶粒216的底部上，且阳极及阴极接点两者皆直接连接至光侦测器晶粒204的顶表面上的相应结合衬垫，藉此消除对结合导线的需要。此外，应注意，光源晶粒216可包括连接到一起(例如串联及/或并联)的多个发光组件。光侦测器晶粒204也可包括其他电路，诸如将电流信号转换成电压信号的跨阻抗放大器，及/或用以放大通过光侦测器传感器区域206产生的光电流的放大器电路，及/或用以选择性地驱动光源晶粒216的发光组件的驱动器电路。对于驱动器电路而言，也将有可能替代地成为光源晶粒216的一部分，或在晶粒204及216的外部。不透明串音屏障232位于光侦测器传感器区206与光源晶粒216之间，藉此光学隔离光源晶粒216的发光组件与光侦测器传感器区206。不透明串音屏障232可由不透明材料形成，其可为例如黑色或其他暗色环氧树脂，或不透射由光源晶粒216产生的光的其他树脂或聚合物。形成不透明串音屏障232的不透明材料也形成围绕器件202的整个边缘的外围屏障234，以便光学隔离器件202与可位于器件202附近的一或多个其他光电子器件。在特定具体实例中，使用不透明模制化合物形成串音屏障232及外围屏障234。窗210位于光侦测器传感器区206之上，且窗220位于光源晶粒216之上。虽然窗210及220经展示为简单孔隙或开口，但可形成更复杂的窗。附图说明图1为包括罩盖的示例性先前技术光学近接传感器的透视图，该罩盖经展示成移除；图2为根据本专利技术的具体实例的光电子器件的透视图，该光电子器件可为光学近接传感器，该光学近接传感器亦可提供环境光感测；包括截面图3(a)至图3(i)的图3用以说明根据本专利技术的某些具体实例的光电子器件的制造；包括截面图4(a)至图4(d)的图4用以说明根据本专利技术的某些具体实例的光学串音屏障、镜面反射减少搁板及外围光学屏障的制造；包括截面图的图5用以说明根据本专利技术的替代具体实例的光电子器件的制造；图6A至图6F用以描述如何由不透明材料的薄片在晶圆外预成型不透明垂直光学串音屏障、不透明外围屏障及不透明垂直搁板(用以减少镜面反射)的细节；图7说明根据本专利技术的替代具体实例的光学串音屏障、镜面反射减少搁板及外围光学屏障的制造；图8说明根据某些具体实例的例如气泡透镜的透镜，该等透镜可形成于光侦测器传感器区及/或光源晶粒之上；图9A说明根据本专利技术的具体实例的光电子器件的俯视图；图9B说明图9A的光电子器件的俯视图，其中移除光源晶粒；图9C说明图9A的光电子器件的仰视图；图10用以说明根据某些具体实例，可执行切割以使得传感器的数组包括于单一封装中；图11为用以概述根据本专利技术的某些具体实例的用于制造多个光电子器件的方法的高阶流程图；图12为用以描述用于由不透明材料在晶圆外形成预成型结构且将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造多个光电子器件的方法，其包含：(a)对晶圆执行硅穿孔(TSV)处理，该晶圆包括多个光侦测器传感器区，藉此形成多个通孔；(b)在执行该硅穿孔处理之后，隆起及镀制该通孔及执行晶圆背面金属化；(c)将多个光源晶粒中的每一者附着至该晶圆的顶表面；及(d)在该(b)隆起及镀制该通孔及执行晶圆背面金属化之后，且在该(c)将该多个光源晶粒附着至该晶圆的该顶表面之后，模制透光材料以将该光侦测器传感器区及该光传感器晶粒囊封于该透光材料中；(e)制造包括不透明光学串音屏障的不透明屏障；(f)将焊球或其他电连接器附着至该晶圆的底部；及(g)切割该晶圆以将该晶圆分离成多个光电子器件。

【技术特征摘要】
2015.04.16 US 62/148,575;2015.06.24 US 14/749,1691.一种用于制造多个光电子器件的方法，其包含：(a)对晶圆执行硅穿孔(TSV)处理，该晶圆包括多个光侦测器传感器区，藉此形成多个通孔；(b)在执行该硅穿孔处理之后，隆起及镀制该通孔及执行晶圆背面金属化；(c)将多个光源晶粒中的每一者附着至该晶圆的顶表面；及(d)在该(b)隆起及镀制该通孔及执行晶圆背面金属化之后，且在该(c)将该多个光源晶粒附着至该晶圆的该顶表面之后，模制透光材料以将该光侦测器传感器区及该光传感器晶粒囊封于该透光材料中；(e)制造包括不透明光学串音屏障的不透明屏障；(f)将焊球或其他电连接器附着至该晶圆的底部；及(g)切割该晶圆以将该晶圆分离成多个光电子器件。2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：在该(a)对该晶圆执行硅穿孔处理之前，背磨包括该多个光侦测器传感器区的该晶圆的底部，以达到该晶圆的指定厚度。3.如权利要求2所述的方法，其中该(a)对该晶圆执行硅穿孔处理包含在该背磨该晶圆的该底部之后，对该晶圆执行自下而上的硅穿孔处理。4.如权利要求3所述的方法，其中在该(c)将该多个光源晶粒附着至该晶圆的该顶表面之前且在该(d)模制该透光材料以将该光侦测器传感器区及该光传感器晶粒囊封于该透光材料中之前，执行该(a)对该晶圆执行硅穿孔(TSV)处理且该(b)隆起及镀制该通孔及执行晶圆背面金属化。5.如权利要求2所述的方法，其中在该执行该背磨之后、在该(a)对该晶圆执行该硅穿孔处理之后且在该(b)隆起及镀制该通孔及该执行晶圆背面金属化之后，执行该(c)将该多个光源晶粒附着至该晶圆的该顶表面。6.如权利要求1所述的方法，其中在该(d)模制该透光材料以将该光侦测器传感器区及该光传感器晶粒囊封于该透光材料中之前，执行该(f)将焊球或其他电连接器附着至该晶圆的该底部。7.如权利要求1所述的方法，其中在该(d)模制该透光材料以将该光侦测器传感器区及该光传感器晶粒囊封于该透光材料中之后，执行该(f)将焊球或其他电连接器附着至该晶圆的该底部。8.如权利要求1所述的方法，其中由该(g)切割该晶圆所得的该光电子器件中的每一者包括该光侦测器传感器区中的至少一者、该光源晶粒中的至少一者、在该光侦测器传感器区中的该至少一者与该光源晶粒中的该至少一者之间的该不透明光学串音屏障中的一者及该焊球或其他电连接器中的至少两者。9.如权利要求1所述的方法，其中该(e)制造不透明屏障也包括制造不透明镜面反射减少搁板及不透明外围屏障。10.如权利要求9所述的方法，其中该制造该不透明光学串音屏障、该镜面反射减少搁板及该不透明外围屏障包含模制不透明材料以制造该不透明光学串音屏障、该镜面反射减少搁板及该不透明外围屏障。11.如权利要求10所述的方法，其中该模制该透光材料及该模制该不透明材料以制造该不透明光学串音屏障、该不透明镜面反射减少搁板及该不透明外围屏障的执行是使用双模制过程。12.如权利要求9所述的方法，其中该制造不透明光学串音屏障、该不透明镜面反射减少搁板及外围屏障包含将预成型的不透明光学串音屏障、镜面反射减少搁板及外围屏障附着至该晶圆。13.如权利要求1所述的方法，其中该光侦测器传感器区中的每一者包含使用CMOS器件制法加以制造的CMOS影像传感器。14.一种用于制造多个光电子器件的方法，其包含：(a)在晶圆的顶表面中形成多个光侦测器传感器区；(b)在该晶圆的该顶表面中形成该多个光侦测器传感器区之后，在该晶圆中形成多个通孔；(c)在该晶圆中形成该多个通孔之后，隆起及镀制该通孔及执行晶圆背面金属化；(d)在隆起及镀制该通孔及执行晶圆背面金属化之后，将多个光源晶粒附着至该晶圆的该顶表面，以使得该光源晶粒中的每一者与该光侦测器传感器区中的一者间隔开；(e)在将该多个光源晶粒附着至该晶圆的该顶表面之后，将该多个光侦测器传感器区及该多个光源晶粒囊封于透光模制材...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯里·加尼许·A·塔伦玛琳甘，
申请(专利权)人：英特希尔美国公司，
类型：发明
国别省市：美国;US