本公开涉及传感器/发射器管芯堆叠配置的光学集成电路传感器封装件。例如，光学传感器封装件包括被安装到封装件衬底的上表面的发射器管芯。使用在封装件衬底的上表面上延伸并包封发射器管芯的管芯上薄膜(FOD)粘合剂层将传感器管芯被安装到封装件衬底的上表面。传感器管芯相对于发射器管芯以堆叠关系定位，使得延伸穿过传感器管芯的光通道区域与发射器管芯光学对准。由发射器管芯发射的光穿过传感器管芯的光通道区域。发射器管芯和传感器管芯各自电耦合到封装件衬底。自电耦合到封装件衬底。自电耦合到封装件衬底。
【技术实现步骤摘要】
传感器/发射器管芯堆叠配置的光学集成电路传感器封装件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年5月12日提交的美国临时专利申请第63/187,473号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
[0003]实施例涉及包括传感器管芯和发射器管芯两者的光学集成电路传感器封装件。
技术介绍
[0004]参考图1，其示出了光学集成电路传感器封装件10的截面。该封装件例如以引线框的形式包括封装件衬底12，该封装件衬底具有安装有传感器管芯14和发射器管芯16的上表面。可以采用本领域技术人员已知的任何合适的管芯附接机制将传感器管芯14和发射器管芯16安装到封装件衬底12。接合线18用于将管芯正面处的焊盘(未明确示出)电连接到封装件衬底12的导体部分(例如，引线框的引线)。传感器管芯14包括位于管芯正面处的第一光敏区域20和第二光敏区域22。光敏区域20和22可以例如，各自由一个或多个单光子雪崩二极管(SPAD)器件形成。发射器管芯16包括管芯正面处的光发射区域24。发射器管芯16可以例如，包括被配置为从管芯的正面垂直发射光的垂直腔面发射激光器(VCSEL)二极管。在一实施例中，该光可以具有用于期望的感测应用的任何合适的波长，但优选为在红外或近红外范围内发射。
[0005]盖30被安装在封装件衬底12。盖30包括限定腔的外围外壁32和前壁(或顶壁)34，以及在外围外壁32的相对侧之间延伸的内壁36，该内壁将腔分为第一腔区域38和第二腔区域40。使用适当的粘合材料将外围外壁32的末端边缘安装到封装件衬底12的上表面，以便将传感器管芯14和发射器管芯16封闭在盖30的腔内(更具体地，传感器管芯14部分地在第一腔区域和第二腔区域中的每一个内，而发射器管芯16仅在第一腔区域内)。内壁36被定位在第一光敏区域20与第二光敏区域22之间，并且通过粘合剂而被密封到传感器管芯14的前表面以形成光屏障，该光屏障防止由第一腔区域38内的发射器管芯16的光发射区域24发射的光通过穿过盖30的腔内而到达第二区域40内的第二光敏区域22。然而，该光屏障不阻止第一腔区域38内的此类发射光到达第一光敏区域20。
[0006]盖30的前壁(或顶壁)34包括第一开口42，该第一开口与用于发射器管芯16的光发射区域24的位置光学对准。光学元件44被安装在第一开口42处(或可能被安装在第一开口42内)。盖30的前壁(或顶壁)34进一步包括与用于传感器管芯14的第二光敏区域22的位置光学对准的第二开口46。光学元件48被安装在第二开口44处(或可能被安装在第二开口44内)。光学元件44和48可以被设计为包括光学感测应用所需的透镜和/或滤光器结构。
[0007]光学集成电路传感器封装件10尤其适用于使用飞行时间(ToF)技术的接近感测应用或距离测量应用。光脉冲4从发射器管芯16的光发射区域24发射，并且该光发射事件被传感器管芯14的第一光敏区域20检测(使用反射光路6)以提供发射脉冲时间基准。被发射的光脉冲4通过光学元件44和第一开口42离开封装件10，并从目标物体(未明确示出)反射回
封装件。被反射的光脉冲8穿过光学元件48和第二开口46，并被传感器管芯14的第二光敏区域22检测，以提供反射脉冲时间基准。光脉冲传播到物体并被反射回来且被感测到所花费的时间(即，反射脉冲时间基准与发射脉冲时间基准之间的差异)可以用于基于已知的光速来确定物体与封装件10之间的距离。
[0008]与图1的封装件10类似地，包括多个集成电路管芯并且必须根据特定设计间隔规则进行设计，并且必须进一步包括光学元件的光学集成电路传感器封装件的关注点在于封装件的总尺寸(X
‑
Y平面中的占用面积方面和考虑到Z方向上的厚度的总体积方面两者)。如果对于光学集成电路传感器封装件可以支持占用面积的减小和更简单的结构，这将是特别有利的。
技术实现思路
[0009]在一实施例中，一种光学传感器封装件，包括：封装件衬底；发射器管芯，被安装到封装件衬底的上表面；粘合剂层，在上表面之上延伸并且包封发射器管芯；传感器管芯，以堆叠关系被安装到粘合剂层的上表面，其中传感器管芯被定位成覆盖在发射器管芯之上；所述传感器管芯包括光通道区域，光通道区域延伸穿过传感器管芯并且与发射器管芯光学对准，使得由发射器管芯发射的光穿过传感器管芯的光通道区域；以及发射器管芯和传感器管芯中的每一个与封装件衬底之间的电连接。
[0010]传感器管芯可以进一步包括，用于光通道区域的集成衍射光学元件，该集成衍射光学元件被配置为衍射穿过光通道的所述光。该集成衍射光学元件可以包括例如，由与传感器管芯的一个或多个金属化层相关联的多个金属结构形成的无源元件。集成衍射光学元件可以备选地包括例如，由等离激元器件或硅上液晶(LCOS)器件形成的有源元件。
[0011]在有源元件的实施例中，可以提供以下中的一个或多个：选择性可配置衍射效果、选择性可配置开闭器、选择性可控衍射图案、选择性可控偏振滤波器、以及选择性可控透镜。
[0012]在一实施例中，粘合剂层可以由管芯上膜(FOD)结构提供。
[0013]在一实施例中，一种装置，包括：衬底；第一集成电路管芯，被安装到衬底的上表面；粘合剂膜层，在上表面之上延伸并且包封第一集成电路管芯；第二集成电路管芯，以堆叠关系被安装到粘合剂膜层的上表面，其中第二集成电路管芯被定位成覆盖在第一集成电路管芯之上；以及第一集成电路管芯和第二集成电路管芯中的每一个与衬底之间的电连接。
附图说明
[0014]为了更好地理解实施例，现在将以仅作为示例的方式参考附图，其中：
[0015]图1是光学集成电路传感器封装件的截面；
[0016]图2是光学集成电路传感器封装件的截面；以及
[0017]图3至图5示出了集成于在图2中示出的光学集成电路传感器封装件的传感器管芯中的光学衍射元件的细节。
具体实施方式
[0018]参考图2，其示出了光学集成电路传感器封装件50的截面。该封装件例如以引线框的形式包括封装件衬底52，该封装件衬底具有安装有发射器管芯56的上表面。可以采用本领域技术人员已知的任何合适的管芯附接机制将发射器管芯56安装到封装件衬底52。发射器管芯56包括管芯正面处的光发射区域64。发射器管芯56可以例如，包括被配置为从管芯的正面垂直发射光的垂直腔面发射激光器(VCSEL)二极管。在一实施例中，该光可以具有任何合适的波长，但优选为发射在红外或近红外范围内发射。一条或多条接合线58用于将发射器管芯56的正面处的焊盘(未明确示出)电连接到封装件衬底52的导体部分(例如，引线框的引线)。厚管芯附着膜层53与封装件衬底52的上表面接触延伸，且进一步包封发射器管芯56及其(多条)接合线58。这在本领域中被称为“管芯上膜”(FOD)结构。使用厚管芯附着膜层53将传感器管芯54安装到封装件衬底52的上表面。传感器管芯54相对于发射器管芯56在Z方向上以堆叠关系定位，使得在X
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Y平面中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光学传感器封装件，包括：封装件衬底；发射器管芯，被安装到所述封装件衬底的上表面；粘合剂层，在所述上表面之上延伸并且包封所述发射器管芯；传感器管芯，以堆叠关系被安装到所述粘合剂层的上表面，其中所述传感器管芯被定位成覆盖在所述发射器管芯之上；所述传感器管芯包括光通道区域，所述光通道区域延伸穿过所述传感器管芯的厚度并且与所述发射器管芯光学对准，使得由所述发射器管芯发射的光穿过所述传感器管芯的所述光通道区域；以及所述发射器管芯和所述传感器管芯中的每一个管芯与所述封装件衬底之间的电连接。2.根据权利要求1所述的光学传感器封装件，其中所述封装件衬底包括引线框。3.根据权利要求1所述的光学传感器封装件，其中所述发射器管芯是垂直腔面发射激光器VCSEL二极管，并且其中所述传感器管芯包括至少一个光敏区域。4.根据权利要求3所述的光学传感器封装件，其中所述至少一个光敏区域包括一个或多个单光子雪崩二极管SPAD器件。5.根据权利要求1所述的光学传感器封装件，其中所述传感器管芯包括用于所述光通道区域的集成衍射光学元件，所述集成衍射光学元件被配置为衍射穿过所述光通道的所述光。6.根据权利要求5所述的光学传感器封装件，其中所述集成衍射光学元件是由具有不同折射率的透明结构图案形成的无源元件。7.根据权利要求5所述的光学传感器封装件，其中所述集成衍射光学元件是由多个金属结构形成的无源元件，所述多个金属结构由所述传感器管芯的一个或多个金属化层形成、并且位于所述传感器管芯的一个或多个金属化层中。8.根据权利要求5所述的光学传感器封装件，其中所述集成衍射光学元件是有源元件。9.根据权利要求8所述的光学传感器封装件，其中所述有源元件选自由以下各项组成的组中：等离激元器件以及硅上液晶LCOS器件。10.根据权利要求8所述的光学传感器封装件，其中所述有源元件具有的操作特征选自由以下各项组成的组中：选择性可配置衍射效果、选择性可配置开闭器、选择性可控衍射图案、选择性可控偏振滤波器、以及选择性可控透镜。11.根据权利要求1所述的光学传感器封装件，进一步包括包含外围壁和前壁的盖，所述盖被安装到所述封装件衬底，并且其中所述前壁包括与所述传感器管芯的所述光通道区域光学对准、并且与所述发射器管芯光学对准的第一开口。12.根据权利要求11所述的光学传感器封装件，其中所述盖的所述前壁进一步包括与所述传感器管芯的光敏区域光学对准的第二开口。13.根据权利要求1所述的光学传感器封装件，其中所述粘合剂层是管芯上薄膜FOD结构。14.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：意法半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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