數(shù)字輻射傳感器封裝件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字輻射傳感器封裝件，具體涉及包括層疊配置的輻射傳感器芯片、位于輻射傳感器芯片之下的集成電路芯片和位于輻射傳感器芯片之上的光學(xué)元件的數(shù)字輻射傳感器封裝件。
【背景技術(shù)】
[0002]有各種輻射傳感技術(shù)。例如，熱電堆將熱能轉(zhuǎn)換成電能。一般而言，熱電堆包括通常串聯(lián)地連接在一起的若干個(gè)熱電偶。作為另一示例，光電二極管將光能轉(zhuǎn)換成電能。也有可用于輻射傳感技術(shù)的各種封裝設(shè)計(jì)。然而，仍需要緊湊型、高性能的封裝設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一方面，輻射傳感裝置包括垂直層疊配置的輻射傳感器芯片、位于輻射傳感器芯片之下的集成電路芯片和位于輻射傳感器芯片之上的光學(xué)元件。輻射傳感器芯片具有輻射傳感元件和與輻射傳感元件耦合并暴露于下表面的導(dǎo)電觸點(diǎn)。集成電路芯片具有集成電路以及耦合到集成電路并暴露于上表面的導(dǎo)電體。位于輻射傳感元件下表面的導(dǎo)電觸點(diǎn)與位于集成電路上表面的導(dǎo)電體物理地電耦合。光學(xué)元件被配置為以輻射傳感元件能感應(yīng)的波長(zhǎng)傳遞入射輻射。
[0004]另一方面，公開一種制造輻射傳感裝置的方法。該裝置包括垂直層疊配置的集成電路芯片、輻射傳感器芯片和光學(xué)元件。該方法包括提供輻射傳感器芯片，該輻射傳感器芯片包括輻射傳感元件和與輻射傳感元件耦合并暴露于輻射傳感器芯片的下表面的導(dǎo)電觸點(diǎn)。輻射傳感器芯片耦合到位于輻射傳感器芯片之下的集成電路芯片。所述集成電路芯片具有集成電路以及耦合到集成電路并暴露于集成電路的上表面的導(dǎo)電體，所述集成電路的上表面面向福射傳感器芯片的下表面。福射傳感器芯片親合到位于福射傳感器芯片之上的光學(xué)元件。所述光學(xué)元件被配置為以所述輻射傳感元件能感應(yīng)的波長(zhǎng)傳遞入射輻射物。將所述輻射傳感器芯片耦合到集成電路芯片包括將位于所述輻射傳感器芯片的下表面的導(dǎo)電觸點(diǎn)物理地電耦合到位于所述集成電路的上表面的導(dǎo)電體。
[0005]在一些實(shí)現(xiàn)中，存在以下的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
[0006]例如，在典型的實(shí)現(xiàn)中，這里所公開的技術(shù)和結(jié)構(gòu)能提供簡(jiǎn)單的、小巧的、廉價(jià)的整體封裝設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)涉及提供高度的性能，尤其是與傳統(tǒng)的表面安裝技術(shù)設(shè)計(jì)相比。這些技術(shù)和結(jié)構(gòu)可以有利地適用于各種應(yīng)用，包括例如，移動(dòng)電子平臺(tái)，其中，體積和高度尤其重要，但仍然需要或者說至少格外期望高性能。
[0007]—些實(shí)現(xiàn)，例如使用熱電堆的那些實(shí)現(xiàn)可以與軟件結(jié)合使用，以有助于使用電話的用戶的皮膚測(cè)量、周圍溫度的測(cè)量(例如，對(duì)象可以是冷的或熱的)，以及基于人的接近的叫醒觸發(fā)。一些實(shí)現(xiàn)，例如使用光電二極管的那些實(shí)現(xiàn)可以用于有助于感應(yīng)微小姿態(tài)(例如，使用發(fā)光二極管照亮將被感應(yīng)的區(qū)域)。多像素(例如，兩個(gè)或四個(gè))的使用可以有助于位置或方向的感測(cè)。
[0008]在典型的實(shí)現(xiàn)中，這里所公開的技術(shù)和結(jié)構(gòu)有助于整體封裝體積的小型化，而不用犧牲傳感器的有源(感應(yīng))區(qū)(傳感器的有源區(qū)極大地影響其靈敏度)，并且仍然允許在其芯片上有合理的區(qū)域用于專用集成電路，以便使得高端傳感器信號(hào)處理算法能夠運(yùn)行在ASIC控制器電路中。
[0009]根據(jù)說明書和附圖以及權(quán)利要求書，其它特征和優(yōu)點(diǎn)將非常明顯。
【附圖說明】
[0010]圖1A是輻射傳感器組件的示意性側(cè)視圖。
[0011]圖1B是圖1A中輻射傳感器組件的剖面平面圖。
[0012]圖2A是輻射傳感器組件的示意性側(cè)視圖。
[0013]圖2B是圖2A中輻射傳感器組件的剖面平面圖。
[0014]圖3A是輻射傳感器組件的示意性側(cè)視圖。
[0015]圖3B是圖3A中輻射傳感器組件的剖面平面圖。
[0016]圖4A是輻射傳感器組件的示意性側(cè)視圖。
[0017]圖4B是圖4A中輻射傳感器組件的剖面平面圖。
[0018]圖5A是輻射傳感器組件的示意性側(cè)視圖。
[0019]圖5B是圖5A中輻射傳感器組件的剖面平面圖。
[0020]圖6A是輻射傳感器組件的示意性側(cè)視圖。
[0021]圖6B是圖6A中輻射傳感器組件的剖面平面圖。
[0022]圖7A是輻射傳感器組件的示意性側(cè)視圖。
[0023]圖7B是圖7A中輻射傳感器組件的剖面平面圖。
[0024]圖8A是輻射傳感器組件的示意性側(cè)視圖。
[0025]圖8B是圖8A中輻射傳感器組件的剖面平面圖。
[0026]圖9是一系列示意性橫截面圖，示出制造的各個(gè)階段的輻射傳感裝置。
[0027]圖10是一系列示意性橫截面圖，示出制造的各個(gè)階段的輻射傳感裝置。
[0028]圖11是一系列示意性橫截面圖，示出制造的各個(gè)階段的輻射傳感裝置。
[0029]圖12是一系列示意性橫截面圖，示出制造的各個(gè)階段的輻射傳感裝置。
[0030]圖13是一系列示意性橫截面圖，示出制造的各個(gè)階段的輻射傳感裝置。
[0031]圖14是以毫米級(jí)尺寸示出的示例性集成電路的示意性橫截面圖。
[0032]相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0033]圖1A示出輻射傳感器組件100，其包括層疊配置的輻射傳感器芯片102 (例如，包括單個(gè)熱電堆的輻射傳感器芯片)、位于輻射傳感器芯片102之下的集成電路芯片104和位于輻射傳感器芯片102之上的光學(xué)元件106。在所示的實(shí)現(xiàn)中，輻射傳感器芯片102、集成電路芯片104和光學(xué)元件106基本上沿垂直方向彼此對(duì)齊。具體而言，輻射傳感器芯片102與集成電路芯片104對(duì)齊，以有助于層疊配置中那些部件之間的直接電連接。此外，輻射傳感器芯片102與光學(xué)元件106對(duì)齊，以確保輻射傳感元件相對(duì)于組件100的光軸恰當(dāng)?shù)囟ㄎ灰员ＷC合適的感應(yīng)功能。在所示的特定示例中，所圖示部件的各個(gè)外邊緣也彼此對(duì)齊。
[0034]在典型的實(shí)現(xiàn)中，該層疊配置以及其它層疊配置(例如在本文的其它地方所描述的配置)提供了簡(jiǎn)單的、小巧的、價(jià)廉的傳感器組件設(shè)計(jì)。此外，在典型的實(shí)現(xiàn)中，傳感器設(shè)計(jì)提供了高度的性能，部分地由于大的表面區(qū)域可用于容納輻射傳感元件，和/或部分地由于大量空間可用于容納集成電路，而由于有大量空間，集成電路能被設(shè)計(jì)成支持復(fù)雜信號(hào)處理和接口功能。
[0035]此外，在典型的實(shí)現(xiàn)中，本文公開的概念提供了低高度封裝的、全部數(shù)字輸出的、紅外或近紅外的傳感器。在典型的實(shí)現(xiàn)中，例如，圖1A中的高度(h)或整個(gè)封裝件的厚度約為1.0毫米(例如，大約0.6mm與1.4mm之間，或者大約0.9mm與1.1mm之間)。可以選擇在傳感器中包括多個(gè)傳感元件(例如，兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或更多)，以方便手勢(shì)、移動(dòng)、溫度和接近度測(cè)量。該技術(shù)在移動(dòng)電子平臺(tái)尤其需要，其中，體積和高度尤其重要，但仍然需要尚級(jí)的性能。
[0036]輻射傳感器芯片102設(shè)置在集成電路芯片104和光學(xué)元件106之間的中央。輻射傳感器芯片102能夠感應(yīng)輻射并將表示感應(yīng)到的輻射的電信號(hào)傳送給集成電路芯片104。
[0037]輻射傳感器芯片102具有基底108和膜112，基底108界定置于中央的開口 110，該開口 110延伸穿過基底108的部分，膜112在開口 110的底部延伸橫跨置于中央的開口110。開口的尺寸通常要最大化傳感器區(qū)域(即，開口底部的區(qū)域，在該區(qū)域輻射傳感元件接收輻射)。在一些實(shí)現(xiàn)中，傳感器組件100的總長(zhǎng)度(圖中的L)約為1.0mm(例如，大約0.8mm與1.6mm之間)，開口 110的寬度約為0.7mm(例如，大約0.5mm與1.3mm之間，或者大約0.6mm與0.8mm之間)。
[0038]輻射傳感器芯片102的基底108實(shí)質(zhì)上可以是任何類型的材料。通常，基底應(yīng)該是這樣的材料:能夠在基底108的較厚壁部分116提供適當(dāng)程度的結(jié)構(gòu)硬度，也能為位于基底108的薄膜112部分的底表面上的輻射傳感元件114提供某種程度的熱隔絕。在一些實(shí)現(xiàn)中，福射傳感器芯片102的基底108是娃。膜應(yīng)該至少能夠?qū)嵸|(zhì)上對(duì)福射傳感元件114可感應(yīng)的任何波長(zhǎng)的輻射進(jìn)行透?jìng)?。例如，如果輻射傳感元件是紅外傳感器，那么可感應(yīng)的輻射可以包括波長(zhǎng)從大約700納米到大約1000微米的輻射。例如，如果輻射傳感元件是光電二極管，那么可感應(yīng)的輻射可以為從大約0.2微米到大約3.5微米的輻射。
[0039]輻射傳感元件114位于膜112的底表面上。輻射傳感元件114實(shí)質(zhì)上可以是任何種類的輻射傳感元件。例如，在一些實(shí)現(xiàn)中，輻射傳感元件114是熱電堆?？偟膩?lái)說，熱電堆是將熱能轉(zhuǎn)換成電能的電子器件。它一般由若干個(gè)通常串聯(lián)地或者偶爾并聯(lián)地電連接的熱電偶構(gòu)成，以便產(chǎn)生單個(gè)直流(DC)輸出。作為另一示例，在一些實(shí)現(xiàn)中，輻射傳感元件114是光電二極管?？偟膩?lái)說，光電二極管是一種半導(dǎo)體二極管，當(dāng)其暴露于光線中時(shí)產(chǎn)生電勢(shì)差，或電阻抗改變。在一些實(shí)現(xiàn)中，輻射傳感元件114包括多個(gè)彼此串聯(lián)和/或并聯(lián)連接在一起的熱電堆、光電二極管等。在一些實(shí)現(xiàn)中，可以有額外的紅外吸收層，其整體地包括在有源傳感元件114之下(未示出)。該吸收層會(huì)吸收進(jìn)入光學(xué)元件106、穿過膜118和傳感元件114的紅外福射。被吸收的福射會(huì)使傳感元件114的溫度升高，因此會(huì)引起與進(jìn)入的福射相關(guān)的輸出信號(hào)。
[0040]在圖示的實(shí)現(xiàn)中，輻射傳感元件114被配置成產(chǎn)生輸出電壓，該電壓對(duì)應(yīng)于輻射傳感元件114感應(yīng)到的福射量。福射傳感元件114電親合到一對(duì)位于福射傳感器芯片102的底表面處、面向集成電路芯片104的導(dǎo)電輸出觸點(diǎn)118。每個(gè)導(dǎo)電輸出觸點(diǎn)118靠近基底108底表面的外邊緣。在操作過程中，來(lái)自輻射傳感元件的輸