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晶片級接近傳感器及其制造方法與流程

文檔序號:40549910發(fā)布日期:2025-01-03 11:09閱讀:8來源:國知局
晶片級接近傳感器及其制造方法與流程

本公開一般而言涉及傳感器技術(shù),并且特別地涉及晶片(wafer)級接近(諸如,例如,飛行時(shí)間(tof))傳感器。


背景技術(shù):

1、目前,電子傳感器技術(shù)正融入許多消費(fèi)者產(chǎn)品,包括汽車、電器、以及移動設(shè)備,諸如智能電話。電子微傳感器可以用于檢測環(huán)境狀況,諸如溫度、濕度、降雨量、聲音等。此類設(shè)備還可以用于檢測安裝它們的消費(fèi)者電器的操作模式,諸如智能電話的朝向、語音命令的使用、環(huán)境光等。微傳感器因其尺寸、可靠性和低成本而具有許多優(yōu)勢。隨著電子微傳感器變得更小且更便宜,對它們的需求也更高。

2、電子微傳感器的一個(gè)示例是接近傳感器,它無需物理接觸即可檢測附近物體的存在。一些接近傳感器發(fā)射從目標(biāo)物體反射的光束。然后,反射的光束被接近傳感器捕獲,并與發(fā)射的光束或與環(huán)境光水平進(jìn)行比較,以檢測可以產(chǎn)生關(guān)于目標(biāo)物體的信息的變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的這種傳感器的一個(gè)具體實(shí)施方式是飛行時(shí)間(tof)傳感器,它測量光束的發(fā)射與由目標(biāo)反射的光束的返回之間的時(shí)間差,以計(jì)算到目標(biāo)的距離。

3、現(xiàn)在參考圖1,其示出了常規(guī)tof接近微傳感器模塊100的橫截面圖。模塊100容納在基板104上安裝的芯片封裝102內(nèi)?;?04可以例如包括印刷電路板,該印刷電路板包括前連接焊盤106、后連接焊盤108和用于電連接前連接焊盤和后連接焊盤的電連接網(wǎng)絡(luò)110(具有線和通孔)。傳感器集成電路管芯112安裝到基板104的前表面,并且通過接合線(bonding?wire)電連接到前連接焊盤106。發(fā)射器集成電路管芯114安裝到基板104的前表面,并且通過接合線電連接到前連接焊盤106。傳感器集成電路管芯112包括第一光敏區(qū)116和第二光敏區(qū)118。發(fā)射器集成電路管芯114包括光電發(fā)射區(qū)120。帽(cap)124安裝到基板104。帽124由不透明材料制成,并且包括外圍側(cè)壁和前壁。外圍側(cè)壁的遠(yuǎn)端使用合適的粘合劑安裝到基板104。前壁中設(shè)置有開口,該開口通常垂直對準(zhǔn)傳感器集成電路管芯112的第一光敏區(qū)116和發(fā)射器集成電路管芯114的光電發(fā)射區(qū)120的位置。帽的內(nèi)壁位于第一光敏區(qū)116和第二光敏區(qū)118之間。帽124的前壁中的每個(gè)開口都填充有透明光學(xué)元件128(諸如,例如,包括透鏡和可能的濾光器)。

4、在操作中,光從發(fā)射器集成電路管芯114的光電發(fā)射區(qū)120發(fā)射。該光在被內(nèi)壁阻擋而不能到達(dá)第一光敏區(qū)116的同時(shí)在帽124內(nèi)發(fā)生內(nèi)部反射,并被第二光敏區(qū)118檢測到。該光還通過透明光學(xué)元件128a傳播到微傳感器模塊100的外部以照亮目標(biāo)物體。由目標(biāo)物體反射的光返回到微傳感器模塊100、穿過透明光學(xué)元件128b、并且被第一光敏區(qū)116檢測到。傳感器集成電路管芯112測量在由第二光敏區(qū)118感測到內(nèi)部反射光與由第一光敏區(qū)116感測到由目標(biāo)物體反射的返回光之間的時(shí)間差,然后根據(jù)測量的時(shí)間差計(jì)算從微傳感器模塊100到目標(biāo)物體的距離。

5、現(xiàn)在參考圖2,其示出了常規(guī)晶片級tof接近微傳感器模塊200的橫截面圖(例如,參見美國專利公開no.2017/0287886,其通過引用并入本文)。晶片級接近微傳感器模塊200被制造為集成傳感器封裝。首先,分別處理硅集成電路基板晶片202和硅帽晶片204。然后將單獨(dú)的晶片202、204接合以形成接合晶片夾層(bonded?wafer?sandwich)。然后進(jìn)一步處理接合晶片夾層的上表面和下表面,最后,通過切割操作將接合晶片夾層切單(singulate)(或切片)成單獨(dú)的接近微傳感器模塊200。

6、模塊200包括由硅集成電路基板晶片202形成的傳感器集成電路管芯212。傳感器集成電路管芯212包括第一光敏區(qū)216和第二光敏區(qū)218。硅通孔213形成電連接網(wǎng)絡(luò)210,用于將傳感器集成電路管芯212的前連接焊盤206電連接到傳感器集成電路管芯212的背側(cè)的再分布層,該再分布層包括后連接焊盤208。發(fā)射器集成電路管芯214安裝到傳感器集成電路管芯212的前表面,并電連接到前連接焊盤206。模塊200還包括安裝到傳感器集成電路管芯212的硅帽224。硅帽224中設(shè)置有開口,該開口通常垂直對準(zhǔn)傳感器集成電路管芯212的第一光敏區(qū)216和發(fā)射器集成電路管芯214的光電發(fā)射區(qū)220的位置。每個(gè)開口都填充有形成透明光學(xué)元件228的透明材料(諸如,例如,透明環(huán)氧樹脂)。

7、在操作中,光從發(fā)射器集成電路管芯214的光電發(fā)射區(qū)220發(fā)射。該光的一部分在透明光學(xué)元件228a內(nèi)發(fā)生內(nèi)部反射并被第二光敏區(qū)218檢測到。該光的另一部分通過透明光學(xué)元件228a傳播到微傳感器模塊200外部以照亮目標(biāo)物體。由目標(biāo)物體反射的光返回到微傳感器模塊200、穿過透明光學(xué)元件228b、并且被第一光敏區(qū)216檢測到。傳感器集成電路管芯212測量在由第二光敏區(qū)218感測到內(nèi)部折射光與由第一光敏區(qū)216感測到由目標(biāo)物體反射的返回光之間的時(shí)間差,然后根據(jù)測量的時(shí)間差計(jì)算從微傳感器模塊200到目標(biāo)物體的距離。

8、晶片級接近微傳感器模塊200相比常規(guī)接近微傳感器模塊100具有許多優(yōu)勢。例如,晶片級接近微傳感器模塊200比常規(guī)接近微傳感器模塊100更小且制造更便宜。但是,存在對解決光傳播、提供關(guān)于光敏區(qū)之間的串?dāng)_的改進(jìn)的光隔離以及改進(jìn)晶片級接近微傳感器模塊的制造方法的關(guān)注。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在實(shí)施例中,一種方法包括:在硅集成電路基板晶片的多個(gè)集成電路區(qū)域中的每個(gè)集成電路區(qū)域處,形成至少一個(gè)光敏區(qū)和至少一個(gè)前連接焊盤;在硅帽晶片中形成多個(gè)第一溝槽和多個(gè)第二溝槽;在硅帽晶片處提供不透明光屏障,以阻擋光透射通過在第一溝槽和第二溝槽之間的硅帽晶片;將硅帽晶片與硅集成電路基板晶片進(jìn)行晶片對晶片接合,以形成接合晶片夾層,其中硅帽晶片中的每個(gè)第一溝槽的開口面向硅集成電路基板晶片的對應(yīng)光敏區(qū),并且其中硅帽晶片中的每個(gè)第二溝槽的開口面向硅集成電路基板晶片的對應(yīng)前連接焊盤;然后,執(zhí)行背面研磨以減薄接合晶片夾層的硅集成電路基板晶片;在減薄的硅集成電路基板晶片中形成硅通孔,其中硅通孔中的至少一些硅通孔電連接到該多個(gè)集成電路區(qū)域中的每個(gè)集成電路區(qū)域中的所述至少一個(gè)光敏區(qū);然后,執(zhí)行背面研磨以減薄硅帽晶片并暴露第一溝槽和第二溝槽的開口;在每個(gè)第二溝槽的開口中安裝光發(fā)射器集成電路管芯,該光發(fā)射器集成電路管芯被安裝到減薄的硅集成電路基板晶片,并且電連接到所述至少一個(gè)前連接焊盤;用透明材料填充第一溝槽和第二溝槽的開口;以及在切單操作中,在相鄰的集成電路區(qū)域之間切穿接合晶片夾層,以產(chǎn)生多個(gè)單獨(dú)的晶片級微傳感器模塊。

2、在實(shí)施例中,一種設(shè)備包括:集成電路基板,包括至少一個(gè)光敏區(qū)和至少一個(gè)前連接焊盤;硅帽,晶片接合到集成電路基板,所述硅帽包括在所述至少一個(gè)光敏區(qū)處延伸穿過硅帽的厚度的第一開口,并且還包括在所述至少一個(gè)前連接焊盤所位于的區(qū)域處延伸穿過硅帽的厚度的第二開口;其中所述硅帽還包括不透明光屏障,以阻擋光透射通過在第一開口和第二開口之間的硅帽晶片;光發(fā)射器集成電路管芯,在第二開口中的所述區(qū)域處安裝到集成電路基板并與所述至少一個(gè)前連接焊盤電連接;以及透明材料,填充在第一開口和第二開口中的每個(gè)開口中。

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