以晶片级生产光学传感器的方法和光学传感器技术

以晶片级生产光学传感器的方法，包括以下步骤：提供具有主顶表面(10)和主背表面(13)的晶片(1)，以及在晶片的顶表面(10)处或附近布置具有至少一个光敏组件(12)的至少一个第一集成电路(11)。此外，在晶片(1)中提供用于经由背表面(13)电接触至少一个第一集成电路(11)的至少一个衬底通孔(14)，并且通过在晶片(1)的顶表面(10)上方对第一模具材料进行晶片级模制而形成透明的第一模具结构(2)，使得第一模具结构(2)至少部分地包围第一集成电路(11)。最后，通过在第一模具结构(2)上方对第二模具材料进行晶片级模制来形成不透明的第二模具结构(3)，使得第二模具结构(3)至少部分地包围第一模具结构(2)，在透明的第一模具结构(2)的至少一个顶表面(21)的顶部上留下孔径(30)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】以晶片级生产光学传感器的方法和光学传感器本专利技术涉及一种以晶片级生产光学传感器的方法和一种光学传感器。光学传感器是将光或光的变化转换成电子信号的电子检测器。它们被用于许多工业和消费者应用中。由于环境光传感器(ALS)光学传感器通常被用于根据环境光的强度来自动控制显示器的亮度，这既是为了用户的舒适度，也是为了节省手持装置中的电池功率。光学传感器应该对来自大范围角度的照射到传感器孔径的光进行强有力的响应。同时，角度的范围或视场不应该太宽，这是因为当光以大角度入射到传感器表面时，许多光学传感器容易出现误差。另一个误差来源构成了不是源自周围环境而是来自装置本身内的光，例如，来自屏幕显示器的杂散光、移动电话中的背光或来自相邻有源传感器发射的光。这导致光学串扰并最终降低信噪比。封装技术旨在减少上述误差的来源。传感器封装件中的孔径定义了限制角度的范围，并减少了周围环境和相邻电子组件的光学串扰。然而，目前的开放式腔体封装技术要么是复杂的并且因此是昂贵的，要么是不能被用于大多数晶片级应用，这是因为纵横比和引脚尺寸的要求可能是关键的(或两者兼而有之)。本专利技术的目的是提供一种以晶片级产生光学传感器的方法，该方法减少了上述限制和误差源，并添加了更多的灵活性。此外，本专利技术的另一目的是提供一种具有改进特性的光学传感器，例如，减少光学串扰。这个目的是通过独立权利要求的主题来实现的。进一步的发展和实施例在从属权利要求中被描述。根据本原理的一个方面，一种以晶片级生产光学传感器的方法包括以下步骤。提供了具有主顶表面和主背表面的晶片。至少一个第一集成电路被布置在晶片的顶表面处或附近。第一集成电路具有至少一个光敏组件。而且，晶片被设置有至少一个衬底通孔，用于电接触晶片的顶表面和背表面。借助于使用第一模具结构和第二模具结构的晶片级模制在晶片上形成晶片级封装。因此，生产光学传感器的方法包括通过在晶片的顶表面上方对第一模具材料进行晶片级模制来形成第一模制结构。这样做使得第一模具结构至少部分地包围第一集成电路。第二模具结构通过在第一模具结构上方对第二模具材料进行晶片级模制而被形成。这样做使得第二模具结构至少部分地包围第一模具结构。晶片级模制是整个工艺流程的集成部分，其可以包括进一步的步骤，诸如包括集成电路或传感器的晶片前表面的(CMOS)处理、在传感器上沉积过滤结构或类似物、晶片背表面上的硅通孔(TSV)工艺和再分布层、晶片背表面上的凸块下金属化(UBM)、封装的晶片级模制、成球或凸块、分离单个冲模封装、以及最终测试。模制后的凸块可以以晶片级被制成，随后分离成最终封装。UBM也可以在模制步骤之后替选地被制成。术语晶片级将被理解为在一个工艺步骤中被施加在衬底表面的主要部分上。优选地，直到第一和第二模具结构两者都以晶片级被模制，才可以进行分离。然而，通常晶片可以在工艺的任何时刻处被分离成部件，并且通过分开或同时处理部件继续制造。因此，这样的过程也可以被认为是晶片级的。光敏组件对光辐射敏感。在本文中术语“光学”或“光”是指可见光谱中的电磁辐射，例如，在400nm和800nm之间，(近)红外线和紫外线。实际上，如果没有另外指定，术语“光敏组件”将被理解为对视觉、红外和紫外线电磁辐射敏感。与将晶片切割成个体电路然后将其封装对比，晶片级封装表示集成电路的封装，同时仍然是晶片的一部分。晶片例如包括半导体材料，诸如晶体硅。该方法导致制造一个或多个光学传感器。例如，这些传感器可以被用作光学传感器、色敏传感器或环境光传感器。此外，传感器也可以被用作接近传感器。甚至可以添加其他模制结构以便基于所提出的方法制造接近传感器。根据实施例，通过使用光学透明模具材料作为第一模具材料，第一模具结构被制成至少部分透明的。此外，通过使用光学不透明的模具材料作为第二模具材料，第二模具结构被制成至少部分不透明的。基本上，不同类型的热固性材料可以被用作膜制材料。例如，环氧树脂、硅树脂、聚酰胺或其混合物可以被用作第一和第二模具结构两者的材料。这些材料可以通过添加颜料、金属或纳米颗粒、染料等而被制成光学透明或不透明的。光学透明度描述了光能够穿过材料的物理性质。优选地，被用于模制第一模制结构的材料具有在400nm和800nm之间的可见光谱范围内的透射率，或者甚至可以被延伸到高达1000nm的近红外线和/或紫外线附近。透明度应该很高，例如高于50％。然而，材料的实际选择取决于施加和期望的光谱范围。标准包括与色散元件一起使用的检测器的灵敏度和期望的信噪比。不透明度是对电磁辐射或其他种辐射，尤其是可见光的不能贯穿性的测量。术语“不透明”被用于定义材料既不是透明的，即允许所有的光穿过也不是半透明的、允许一些光穿过。然而，不透明度也取决于波长。实际上术语“不透明”表示模制材料的不透明度是较高的，对于上述波长至少高于50％、优选接近100％。根据实施例，第一模具结构借助于结构化的第一模具工具被形成。第一模具工具包括至少第一模具腔体。特别地，第一模具工具包括圆锥形或另外的锥形的第一模具腔体。第一模具工具被放置在晶片的顶表面处或其附近，例如与晶片相距一定的距离处或者通过接触晶片的前表面放置。然后，第一模具材料经由模具工具中的通道或经由模具工具和晶片前表面之间留下的间隙被施加到腔体，以形成第一模制结构。模制可以涉及晶片级液体压缩模制、液体传递模制，例如，薄膜辅助模制或其他模制技术。第一模具工具中的腔体被成形为使得所得到的第一模制结构在顶表面处可以是窄的，并且在底表面(即，与第一集成电路的光敏组件相邻的表面)处可以是较宽的。第一模具结构可以具有取决于腔体的形状的曲率的顶表面。然而，根据腔体的形状，顶表面也可以是平坦的。优选地，第一模具结构的底表面基本上与晶片的前表面齐平或共面。实际上，第一模具结构可以包围整个晶片前表面。根据实施例，第二模具结构借助于平坦的或结构化的第二模具而被形成。第二模具工具被放置在第一模具结构的顶表面处或其附近。第二模具材料被施加到第二模具工具以形成第二模具结构并且在第一模具结构的顶表面处或附近留下孔径，即，第二模具结构不完全包围第一模具结构，使得光可以穿过并到达光敏组件。例如，通过将平坦的或结构化的第二模具工具按压到第一模具结构的顶表面上来将第二模具材料施加在整个晶片前表面上。第二模具的施加可以通过在第二模具工具和第一模具结构或晶片前表面之间通过晶片级模制填充所得到的腔体被实现。包括第一和第二模具结构的所得总体结构构成了具有限定的总高度的晶片级封装。第一模具结构的暴露的顶部没有第二模具材料，使得如上所述在第一集成电路上方建立孔径。第二模具结构提供侧壁，例如不透明的侧壁，其可阻挡从光学传感器的侧面入射的大部分光到达光敏组件。此外，第一模制结构的顶表面可以是平坦的，或者也可以包含复合曲率，例如甚至光学透镜形状。第一模制结构的顶表面可以通过第二模具工具的压力而被变形，并且随后可以在最终封装中突出第二模制结构的顶表面。然而，在表面加工艺步骤中，例如蚀刻或切片，第一和第二模具结构两者可以相对于彼此共面而被制成。根据实施例，在第二模具结构的顶表面处或其附近，将一个或多个附加的平坦或结构化的模制层施加到晶片。特别地，一个或多个扩散层可以被施加到晶片。例如，另外的模制层可以被添加到整个晶片。可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以晶片级生产光学传感器的方法，该方法包括以下步骤：‑提供具有主顶表面(10)和主背表面(13)的晶片(1)；‑在所述晶片的顶表面(10)处或附近布置具有至少一个光敏组件(12)的至少一个第一集成电路(11)；‑在所述晶片(1)中提供用于电接触背表面(13)的至少一个衬底通孔(14)；‑通过使用第一结构化的模具工具在所述晶片(1)的顶表面(10)上方通过对第一模具材料进行晶片级模制来形成第一模具结构(2)，使得所述第一模具结构(2)至少部分地包围所述光敏组件(12)；以及‑随后通过使用平坦或结构化的第二模具工具在所述第一模具结构(2)上方通过对第二模具材料进行晶片级模制来形成第二模具结构(2)，使得所述第二模具结构(3)至少部分地包围所述第一模具结构(2)，其中所述第二模具材料被施加到所述第二模具工具以形成所述第二模具结构(3)并且在所述第一模具结构(21)的顶表面处或附近留下孔径(30)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.23 EP 15178053.31.一种以晶片级生产光学传感器的方法，该方法包括以下步骤：-提供具有主顶表面(10)和主背表面(13)的晶片(1)；-在所述晶片的顶表面(10)处或附近布置具有至少一个光敏组件(12)的至少一个第一集成电路(11)；-在所述晶片(1)中提供用于电接触背表面(13)的至少一个衬底通孔(14)；-通过使用第一结构化的模具工具在所述晶片(1)的顶表面(10)上方通过对第一模具材料进行晶片级模制来形成第一模具结构(2)，使得所述第一模具结构(2)至少部分地包围所述光敏组件(12)；以及-随后通过使用平坦或结构化的第二模具工具在所述第一模具结构(2)上方通过对第二模具材料进行晶片级模制来形成第二模具结构(2)，使得所述第二模具结构(3)至少部分地包围所述第一模具结构(2)，其中所述第二模具材料被施加到所述第二模具工具以形成所述第二模具结构(3)并且在所述第一模具结构(21)的顶表面处或附近留下孔径(30)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，-通过使用光学透明的模具材料作为第一模具材料，所述第一模具结构(2)被制成至少部分透明的；并且-通过使用光学不透明的模具材料作为第二模具材料，所述第二模具结构(3)被制成至少部分不透明的。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，-所述第一模具工具包括至少第一模具腔体，特别是圆锥形或另外的锥形的第一模具腔体；-所述第一模具工具被放置在所述晶片(1)的顶表面(10)处或附近；并且-将所述第一模具材料经由间隙施加到腔体上以形成所述第一模具结构(2)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在所述第一模具结构的顶表面(21)处或附近将所述第二模具工具放置在所述晶片(1)上。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在所述第二模具结构(32)的顶表面处或附近将一个或多个附加的平坦或结构化的模具层，特别是一个或更多的扩散层，施加到所述晶片(1)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中在对第一模制结构和第二模制结构(2，3)进行晶片级模制之前或之后，-包括至少一个金属层的再分布层(15)被布置在所述晶片(1)的背表面(15)上；并且-所述至少一个衬底通孔(14)被电连接到所述再分布层(15)。7.根据权利要求5所述的方法，其中所述再分布层被设置有用于附接一个或多个凸块(16)的凸块下金属化层，特别地在对所述第一模制结构和所述第二模制结构进行晶片级模制之前或之后被...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈拉尔德·埃奇迈尔，格雷戈尔·托施科夫，托马斯·波德纳，弗朗茨·施兰克，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT