CN100472790C - 一种光感应的半导体器件的电子封装及其制作和组装 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光感应器件的封装以及封装此类器件的方法。所述封装包括：组装部分，具有由能够充分地透过预定波长范围内的光的材料构成的衬底；感应部分，包括至少一个光感应芯片，用于对预定波长范围内的光进行光电转换；以及连接感应部分和组装部分的多个第一焊接接点。所述组装部分至少具有在所述衬底的正面区域周围形成的第一金属层，以及在所述第一金属层上延伸形成的至少一层钝化层。所述封装便宜而紧凑，并且易于制作。

Description

一种光感应的半导体器件的电子封装及其制作和组装

技术领域

本发明总体涉及一种半导体集成电路的电子封装，更具体地说，涉及光感应的半导体器件的电子封装。

背景技术

光感应的半导体器件通常安装在陶瓷封装内。图1示出了陶瓷无引线芯片载体(CLCC)的剖面示意图，这是光感应器件最常见的封装形式。如图所示，在玻璃盖子6所覆盖区域的内部，采用环氧材料或类似的材料将光感应半导体芯片正面朝上地固定在陶瓷衬底4上。焊接引线8通常用于将光感应芯片2连接到陶瓷衬底4上。在陶瓷衬底4的底部提供可焊接的焊盘10来将封装连接到电路板上。

也许这种封装的最重要的缺陷是价格非常昂贵。另一个缺陷是对于一些手持的应用来说封装的尺寸不够小，例如以尺寸小和重量轻为必要特征的便携式电话中的照相机。再一个缺陷是，由于光感应芯片由环氧材料或类似的材料来固定，并且封装本身采用焊膏来固定，因此封装的结构使得难以相对于例如透镜的焦平面非常准确地放置光感应器件。

题为“光学设备的半导体绝缘”的第5,302,778号美国专利，披露了通过在提供定位针的模制装配封装中集成传感器、透镜和模制架，从而将光传感器安装在印制电路板上。上述专利相对于之前的透镜系统，在传感器的定位准确性方面提供了有限的改进。而上述专利在将封装本身放置在安装板上方面只不过提供了一般的准确性。

另一种公知的光感应半导体器件的封装方法是由Shellcase公司提供的。美国专利5,716,759、6,040,235和6,117,707披露了具体的技术。图2示出根据这些技术形成的封装的剖面示意图。将构图的金属层施加到光感应的半导体晶片上，以将焊接盘延长到晶片的划片区域，所述划片区域在临近的芯片之间具有较窄宽度。采用环氧树脂将光感应晶片附接到玻璃衬底上。之后，对晶片的背面进行磨片以使晶片变薄。然后将划片区域的硅去除以暴露出金属线。需要更多的处理步骤来完成制作，但是由于对其清楚的理解对于本发明来说并不是必须的，因此在此省略了具体的说明。

与CLCC封装相比，这种封装的优点在于其尺寸更小。尽管如此，这种封装中也存在着多个缺陷。也许这种封装的最主要的缺陷是其结构和制作过程的复杂性。由于复杂性会使工艺成品率下降，因此这种复杂性在大量生产中是至关重要的因素。由于复杂性和随之而来的产量损失，因此制作这种封装是昂贵的。

此项技术的其他主要缺点包括，需要较宽的划片线，这与半导体制作中减小划片线宽度以在每个晶片中实现更多芯片的趋势相反。目前典型的划片线宽度约为100微米，不足以支持这项技术。因此，所述的封装技术与具有标准的划片线宽度的半导体晶片是不兼容的，需要特定的措施来使得划片线宽度比通常的划片线宽度更宽。

因此，本发明的一个目的在于提供一种用于光感应器件的更低成本的封装。本发明的另一个目的在于提供一种用于光感应器件的足够紧凑的封装，以适应象便携式电话照相机那样的手持应用，其中小尺寸可能是唯一最重要的封装因素。本发明的又一个目的在于提供一种简单而便于制作和组装的封装，其中，可以以简单的方式来实现水平面上和垂直面上的焦平面的精确定位。

发明内容

简而言之，根据本发明的优选实施例，本发明涉及一种光感应半导体器件的电子封装结构及其制作和组装的方法。

根据本发明，通过“晶片凸点形成”或本领域中公知的任何其他的适当的技术，在光感应半导体晶片上提供多个焊料凸点。之后，形成有凸点的晶片被划片而分成用于形成传感部分的单个芯片。

衬底是单独制作的。所述衬底可以配置成例如圆形的晶片或矩形的平板。与具有多个芯片的半导体晶片一样，所述衬底将具有多个单元衬底。每个单元衬底成为一个组装部分，在完成制作和封装之后与传感部分一起构成电子封装。用于衬底的材料优选为在光感应器件所响应的光的波长处透明。在可见光谱部分中，硼硅玻璃是用于光感应器件的具有足够的透明度的材料的一个例子。这种衬底的制作包括采用精通半导体制作领域的技术人员公知的任何适当的方法，通过沉积和构图至少形成一个构图的金属层，以制作焊料凸点焊盘和在焊料凸点焊盘之间的互连线。将这些焊料凸点焊盘至少分成两组。第一组中的焊料凸点焊盘相对较小，并且与光感应芯片的焊料凸点相对应，用于形成与那些光感应芯片的互联。第二组中的焊料凸点焊盘相对较大，并且用于形成所得到的封装本身到外部电路的互连，例如支撑印制电路板。在构图的金属层之上，所述衬底还包括至少一个构图的钝化层来保护由此形成的互连线。所述构图的钝化层在所述焊料凸点焊盘处具有开口。优选地在光感应区域周围、构图的钝化层之上，所述焊盘还包括构图的防尘密封层，用于防止灰尘粒子进入该区域。

将焊料凸点设置在第二组焊料凸点焊盘上，以将所得到的封装连接到外部电路。类似于BGA或CSP焊料球的设置方式，在该焊料凸点形成过程中可以使用预形成的焊料球。该过程通常包括：将助焊剂施加到焊料凸点焊盘上，将焊料球放置到施加有助焊剂的焊料凸点焊盘上，以及将衬底加热到焊料的典型的回流温度以使得焊料球融化、向下浸润到焊料凸点焊盘上。

然后，优选为采用精通半导体制作领域的技术人员所公知的适当的倒装芯片安装技术，将形成有凸点的和已划片的光感应芯片安装到衬底上。该过程包括：将每个光感应芯片连续的拾取-倒装-放置到衬底的预定位置，直到每个单元衬底如所设计的、在其上放置有所有必需的光感应芯片。所述拾取-倒装-放置过程通常包括：将助焊剂施加到焊接区域，之后将衬底加热到焊料凸点的典型的回流温度，以形成单元衬底和光感应芯片之间的互连。

然后对大的衬底进行划片，以将每个单元衬底分离。然后，可以将每个衬底单元拾取-放置到优选的封装介质中，例如盘、管、或带和卷轴。

CLCC封装需要用于互连的陶瓷衬底和用于光透射的玻璃盖，但是根据本发明形成的封装只需要具有以上两种功能的玻璃衬底。另外本发明采用了批处理，例如用于光感应器件晶片的晶片凸点形成。本发明还采用了批处理来制作和组装具有多个单元衬底的衬底。这种简化和批处理的结果是，本发明大大降低了封装成本。与之前公知的一些封装技术不同的是，例如，本发明采用简单并且经过证明的倒装芯片安装技术来代替需要将焊接盘延伸到划片区域、使晶片变薄以及去除硅以暴露划片区域的金属的非常复杂的过程。另外，诸如将光感应芯片安装到衬底上的倒装芯片安装、以及用于未封闭的封装的焊料凸点的使用和布置等特征以容易的方式提供了焦平面在水平方向和垂直方向的可靠的和精确的导引定位。自对准有效地出现在焊接回流过程中。

附图说明

图1是用于光感应器件的现有技术的CLCC封装的剖面示意图；

图2是另一现有技术的光感应封装的剖面示意图；

图3A是在处理之前，本发明的一个示范性实施例中的未划片的光感应半导体晶片的剖面示意图；

图3B是施加了构图的金属层之后，本发明的一个示范性实施例中的未划片的光感应半导体晶片的剖面示意图；

图3C是在焊盘形成之后，本发明的一个示范性实施例中的未划片的光感应半导体晶片的剖面示意图；

图4是示出从低折射率的介质向高折射率介质转变的入射光从空气到玻璃的传输和反射的说明性的示意图；

图5是用图表示出的由于在衬底上形成了光学滤波器，光感应响应变化的示例的说明性示意图；

图6A是在本发明的一个示范性实施例中，在制作的某个阶段的已划片的单元衬底的剖面示意图；

图6B是采用多个金属层的本发明的另一个示范性实施例中，在制作的某个阶段的已划片的单元衬底的剖面示意图；

图7是在本发明的一个示范性实施例中，在制作的某些阶段的未划片的衬底的一系列剖面示意图；

图8是在本发明的一个示范性实施例中，在制作的某些更进一步阶段的未划片的衬底的一系列剖面示意图；

图9是在本发明的一个示范性实施例中，未划片的衬底上的光感应芯片的倒装芯片组件的一系列剖面示意图；

图10是根据本发明的示范性实施例形成的电子封装的剖面示意图，其被示出为示例性地安装到印制电路板上；

图11是示出用于根据本发明的示范性实施例形成电子封装的制作和组装步骤的方框图；以及

图12是示出用于根据本发明的另一示范性实施例形成电子封装的制作和组装步骤的方框图。

具体实施方式

一种光感应的半导体晶片具有多个芯片，并且象在其他的半导体晶片中一样，每个芯片具有在所述晶片的正面形成的集成电路。每个芯片具有多个焊接盘。所述晶片的正面上具有构图的钝化层，以保护其下面的集成电路。所述钝化层在所述的焊接盘上存在开口。每个这样的光感应芯片在正面上至少具有一个光感应区域。

晶片凸点形成技术是众所周知的技术(如后来转让给IBM的、题为“制作微型功能元件的方法”的第3,292,240号美国专利中所描述的)，这项技术一出现就得到了广泛使用。典型的晶片凸点形成工艺至少包括一个构图的金属层来制作连接到晶片的焊接盘上的焊料凸点焊盘。用于焊料凸点焊盘的合金通常指凸点下合金(UBM)，并且通常采用多层结构来提供多种功能，例如较好的粘附在焊接盘上，防止焊料扩散的良好扩散阻挡，以及对焊接的良好润湿性(以及氧化保护，如果需要的话)。可以获得用于沉积UBM的各种技术，包括溅射，电镀，无电电镀以及类似的技术。

将预定量的焊接材料施加到焊料凸点焊盘上。有多种方法来施加焊料-电镀，焊膏印制等。在晶片凸点形成中有几种经常使用的焊接材料-共熔的锡-铅，高浓度铅(铅的重量比例在80％以上的锡-铅焊料)，以及无铅材料(通常是基于锡的焊料，例如纯锡，锡-银，锡-铜，锡-银-铜等)。

所述晶片凸点形成工艺还包括将晶片加热到焊料的典型的回流温度从而使得焊料连接到焊料凸点焊盘上。晶片凸点形成可以有选择地至少包括一个在构图的金属层下面的构图的钝化层，即所谓的“再钝化”。晶片凸点形成还可以有选择的包括焊接盘和焊料凸点焊盘之间的互连金属迹线，即所谓的“再分配”。这种再分配通常需要另一个构图的钝化层来保护互连金属迹线。这些用于晶片凸点形成的多种结构是精通晶片凸点形成领域的技术人员所熟知的。

根据本发明，形成有凸点的晶片优选地用于制作光感应器件的电子封装，但是并不限于任何一种具体的结构、凸点形成技术或者在这些晶片凸点形成中使用的焊接材料。在优选的实施例中，在晶片凸点形成之后，光感应晶片的焊料凸点的高度优选为低于100微米。图3A-图3C分别示出了在处理之前的光感应半导体晶片100、在施加了构图的金属层来形成多个焊料凸点焊盘102之后、以及在焊料凸点形成(用于形成多个焊料凸点104)之后的剖面示意图。

在晶片凸点形成之前、期间或之后，如必要的话，可以采用半导体制作领域中的任何适当的方式，通过机械研磨将晶片100减薄到一定的厚度。这一减薄工艺的目的将在本部分中稍后进行解释。优选地，减薄后的晶片100的厚度约为250-350微米，而厚度约为150-350微米都是可用的。此后，再次采用半导体制作领域中公知的任何适当的方式，沿着划片线103，对所述光感应晶片进行划片以分离每个芯片101。

衬底是单独制作的。所述衬底优选为具有大的面积的晶片或平板形式，其面积足够用来以类似于使半导体晶片具有多个芯片的方式，在批处理过程中形成多个单元衬底。通常，对衬底材料的主要要求包括：透明度、机械硬度以及化学稳定性。所选择的衬底材料对于一定的波长或波长范围内的光是透明的，以便将这种光传输到光感应器件上。适当的衬底材料包括但不限于：玻璃、石英、蓝宝石、硅或其他此类的红外线透明材料。衬底材料的选择取决于所感兴趣的波长范围，从而使得工作在紫外线、可见光或红外光谱中的任何一个波长上的光感应器件都可以从本发明中获益。需要耐化学腐蚀性和机械稳定性来承受制作过程中的温度和各种处理步骤，以及在所制造器件的预期寿命内抵抗环境的影响。用于工作在可见光波长范围内的光感应器件的典型的衬底材料是硼硅玻璃。由于可以以合理的成本来获得其化学的和温度的稳定性，并且其可以从许多资源中获得，因此硼硅玻璃是优选的材料。

可以在所述衬底的两个表面上至少镀上一层薄膜层，以提高其光透射率。例如，可以采用抗反射涂层(ARC)或者精通于光学领域的技术人员所公知的其他适当的涂层。使用涂层的一个目的在于使所感兴趣的整个光谱内的光的反射损耗最小化。图4示出通过衬底的光的反射。

类似地，可以只在衬底的一个表面上至少镀上一层薄膜，以提高或降低特定的波长范围内的光的透射率。可以采用光学领域中所公知的任何适当的技术来实现这种“光学滤波”，如1955年巴特沃兹出版、O.S.Heavens所著的“薄固态膜的光学特性(Optical Properties of ThinSolid Films)”，1969年美国人Elsevier出版、H.A.Macleod所著的“薄膜光学滤波器(Thin-Film Optical Filters)”，1976年John Wiley出版、Z.Knittl所著的“薄膜光学，一种光学多层理论(Optics of Thin Films，an Optical Multilayer Theory)”，或1987年Macmillan出版、J.D.Rancourt所著的“光学薄膜的用户手册(Optical Thin Film′s User′s Handbook)”等书中所记载的技术。

图5示出采用放置在光感应器件前面的滤波器来获得已调整的光响应的例子。在这个特殊的例子中，所述滤波器被设计成具有能够模仿人眼睛的灵敏度并切断紫外线(UV)和红外区域中的硅的本征响应的光感应器件。在优选实施例中，大的硼硅酸盐晶片或面板被用作衬底，其厚度优选地约为400-800微米，如果可获得的资源允许，则厚度甚至可以为250-800微米。另外在优选实施例中，在所述衬底的一个表面或前后表面上至少镀上一层薄膜，以便使反射损耗最小化，或者提高或较低所感兴趣的波长范围内的光的透射率。

参照图6A-图8，将至少一个构图的金属层202施加到衬底200的正面204上，来制作焊料凸点焊盘206a、206b以及连接所述焊料凸点焊盘206a、206b的互连线208。然后，将至少一个构图的钝化层210施加到构图的金属层202上来保护由此形成的互连线208。焊料凸点焊盘206a、206b被分成两组。第一组中的焊料凸点焊盘206a相对较小，以用于形成与光感应半导体芯片101的互连。第二组中的焊料凸点焊盘206b相对较大，以将所得到的电子封装本身与外部电路或诸如印制电路板等装置互连。

广泛采用两种方法来制作焊料凸点焊盘、互连线以及钝化。如图6A所示的第一种方法是采用一个构图的金属层202来提供焊料凸点焊盘206a、206b和互连线208，在所述金属层的适当部分上形成有一个构图的钝化层210来保护互连线208。如图6B所示的第二种方法是采用一个构图的金属层212来形成互连线214，采用一个构图的钝化层216来保护互连金属线部分214，然后施加另一个具有218a和218b部分的构图的金属层，与金属层212在其下面的部分来形成焊料凸点焊盘220a和220b。在后面一种情况中，通过钝化层216上的开口来实现第一和第二金属层212、218a和218b之间的互连。在两种选择中，用于焊料凸点焊盘的金属层本身通常具有多层结构，包括黏合层，用于提供与下面邻近的材料的好的黏合；用于焊料的好的扩散阻挡层以及用于焊接材料的具有良好润湿性的层(以及如果需要时的氧化保护层)，类似于如前所述的用于形成光感应晶片的焊料凸点焊盘的UBM的结构。

第一种选择比较经济，因为其仅使用一层金属层202；但是，从本质上来讲，所述互连的金属层包括一层扩散阻挡层材料，其对于互连金属线不但是不必要的，而且还导致了高的薄膜压力。由于这种薄膜压力会引起压力转移甚至薄膜的分层，因此其在可靠性方面是有害的。第二种选择由于在互连的金属线中不包括扩散阻挡层，因此在可靠性方面较好；但是，这种选择需要多个构图的金属层212、218a和218b，这就导致了制作成本增加。因此，这些选项中的选择通常取决于两个主要的要求，即成本和可靠性，二者会根据所需应用的改变而改变。

在示出的第一种选择的优选实施例中，约为1-2微米的铝层被用作粘合层，约为200-500纳米的Ni-V层被用作扩散阻挡层，约为500-1000纳米的铜层被用作焊料浸润层。这些层连续地沉积在衬底上，从而共同形成在焊料凸点焊盘206a和206b处的金属层202，优选地在每层的沉积过程之间不破坏真空状态的情况下来通过溅射进行沉积。

在示出的第二种选择的优选实施例中，优选采用溅射的方法在衬底上沉积大约1-2微米的铝层，以制作互连金属线。通过连续地沉积用作互连的金属线粘合层的约为200-2000钠米的铝层、用作扩散阻挡层的约为200-500纳米的镍-V层以及用作焊料浸润层的约为500-1000纳米的铜层来形成第二种选择中的焊料凸点焊盘220a和220b。优选地在每层的沉积过程之间不破坏真空状态的情况下来通过溅射进行沉积。

在两种选择中，优选为采用聚合物层来作为钝化层210和216。聚合物钝化层的厚度优选地约为4-20微米，其可以通过精通半导体制作领域的技术人员所公知的任何适当的方式来形成。

参照图7-图8，其示出了不同的制作阶段的未划片的衬底200(其为玻璃片的形式)的剖面示意图。通过划片线203将衬底200分成多个单元衬底210，所述单元衬底210具有用于定义焊料凸点206a、206b和传输区域223的构图的金属层202、钝化层210和防尘密封层222。如图8所示，在金属层和钝化层202和210形成之后，可以将至少一层构图的防尘密封层222施加到衬底200上，从而防止灰尘粒子到达和遮蔽光感应区域。可以配置构图的防尘密封层222，以在所得到的封装的透光区域223的光感应区域周围形成防尘密封的结构。任何阻隔光的灰尘都将引起光感应误差。因此，是否需要该防尘密封层取决于在所感兴趣的应用中对灰尘粒子的所需的限制。在示出的优选实施例中，防尘密封层222的厚度优选为小于80微米，并且防尘密封层222优选为采用聚合材料。

有多种方法来制作防尘密封层222。最一般的方法是分配环氧树脂或相似的材料。另一种方法是涂布聚合物层并通过利用光刻工艺对其进行构图。根据本发明，可以采用精通半导体制作和封装领域的技术人员所公知的这些或任何其他的适当的方法。

接下来，将焊料凸点224安装到形成在衬底200上方的第二组焊料凸点焊盘206b上。在示出的优选实施例中，优选为通过丝网印刷将助焊剂施加到每个适当的焊料凸点焊盘206b上，然后将预先形成的焊料球224放置到具有助焊剂的第二组的每个焊料凸点焊盘206b上。将所得到的衬底结构加热到焊接材料特有的回流温度，以便将所放置的焊料球224熔化并且使得它们向下浸润到焊料凸点焊盘上。焊料凸点224的高度优选地(但并非必须)大于250微米。

在本发明中可以采用多种焊接材料。共熔的锡-铅焊料是常见的材料。由于在半导体工业中通常存在的排除铅的严格限制，因此在将来可能广泛采用无铅焊料，例如纯锡、锡-银、锡-铜以及锡-银-铜焊料。对于高温应用来说，重量比为含铅80％以上的高铅含量焊料是常用的焊接材料，因为铅具有较高的熔点和并且消耗较少的焊料凸点焊盘中的扩散阻挡层。本发明不限于任何特定的焊接材料。

一旦衬底200被制作成如上所述的多个单元衬底或组装部分201，则将构成感应部分的光感应芯片101安装到衬底200的组装部分201上，优选地采用本领域所公知的适当的倒装芯片组装过程。如图9的示意性图解，该倒装芯片组装过程包括将具有焊料凸点104的每个光感应芯片101拾取-倒装-放置到衬底200的每个单元衬底201的预定位置上，直到所有的适当的单元衬底201上都设置有它们所必需的光感应芯片101。可以将多个相同的或不同类的光感应芯片101安装到一个单元衬底201上。也可以将其他非感光的有源的和/或无源芯片(未示出)安装到单元衬底201上以构成多芯片模块。

每个半导体芯片101的焊料凸点104与相应设置在每个单元衬底201上的焊料凸点焊盘206a的接合保证了光感应芯片101和单元衬底201的方便而一贯精确的相对定位。当将光感应芯片101放置到单元衬底201上时，预形成的焊料凸点与接纳它们的焊料凸点焊盘的成对的接合起到自对准的功能。

所述的拾取-倒装-放置操作包括将助焊剂施加到光感应芯片110的焊料凸点104上，优选为通过倒装芯片封装领域所公知的适当的“浸蘸(dipping)”工艺。在本发明中可以采用基于松脂的可溶于水的助焊剂或者其他的适当的材料。也可以采用基于有机物的所谓的“免清洗”助焊剂。然后将所述衬底加热到焊接材料的特定的回流温度，以便熔化焊料112并在衬底200的第一组焊料凸点焊盘206a和每个光感应芯片101之间形成焊接接合点104。在示出的优选实施例中，连接衬底200和半导体芯片101的焊接结合点104的高度优选为低于80微米。

最后，沿着划片线203将衬底200划片成从而分离单元衬底201。然后，将所产生的每个电子封装300(具有至少一个单元衬底结构201)拾取-放置到用于包装和封装的优选的封装介质中，例如盘、管、或胶带和卷轴。

参照图10，可以通过采用球栅阵列(BGA)封装技术将根据本发明形成的电子封装300组装到PCB板400上，每个单元衬底结构201被形成为与在封装300的外围部分具有焊料凸点224的典型的BGA封装十分类似。该过程通常包括：将焊膏施加到相对的PCB部分的焊料凸点焊盘上402，之后将封装300翻转并安装到PCB板400上。从而，将焊料凸点224放置到其上施加有焊膏的对应的焊盘402上。

图11以方框图的形式说明性地示出了前面的附图中所讨论的封装300的优选实施例的制作和组装步骤。图12以方框图的形式说明性地示出了在形成每个单元衬底的焊料凸点的过程中，采用多个金属层的封装的另一个示范性实施例的类似的制作和组装步骤。

在所示的优选实施例中，由焊料凸点224(其将所得到的封装300与PCB板400连接)形成的每个大的焊接接点的高度优选为大于由焊料凸点104(其将光感应芯片101连接到单元衬底201上)形成的小焊接接点的共同高度以及光感应芯片101的厚度。这就保证了在光感应芯片101与PCB板400之间保持有缝隙。在所示的优选实施例中，如前所述，优选为将光感应半导体晶片100(光感应芯片101由其形成)减薄到约250-350微米(150-350微米是可用的)；连接光感应芯片101与单元衬底201的小的焊接接点104的高度设置为约低于80微米；以及连接所得到的封装300与PCB板400的大的焊接接点224的高度设置为高于250微米。

本发明中的新的封装可用于通过各种技术(例如CCD或CMOS技术)所制作的所有类型的光传感器或光探测器。本发明可用于使用图像传感器的所有领域，例如可携式摄像机，数字静止照相机，PC照相机，手机照相机，PDA和手持照相机，安全照相机，玩具，汽车，生物测定学等等。本发明也适用于线性阵列图像传感器，例如传真机，扫描仪，条形码读取器和扫描仪，数字复印机等设备中所使用的线性阵列图像传感器。本发明也同样适用于封装非图像的光学传感器，例如单个二极管或移动探测器中使用的四象限二极管，光能级传感器，定位或跟踪系统等等。

尽管本发明是结合其特定的形式和实施例来描述的，但是应该理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，除以上讨论之外，可以做出对本发明的的各种修改，例如，用同等元件来代替具体示出或描述的元件，独立于其他的特征而使用某些特征，以及在不背离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，在某些情况下可以颠倒或插入制作或封装步骤的特殊的合并。

Claims (29)

1.一种光感应器件的封装，包括：

(a)组装部分，包括：

i.由能够充分地透过预定波长范围内的光的材料构成的衬底；

ii.在所述衬底上的正面区域周围形成的至少一层第一金属层；

以及

iii.在所述第一金属层上延伸形成的至少一层钝化层，对所述钝化层进行构图，以限定出多个第一和第二凹入开口来分别在所述第一金属层上限定出多个第一和第二焊料凸点焊盘，每个所述第一焊料凸点焊盘至少与一个所述第二焊料凸点焊盘互连；

(b)感应部分，包括至少一个光感应芯片，所述光感应芯片在前向表面上至少形成一个光感应区域，以将所述预定波长范围内的光进行光电转换，所述光感应区域与所述组装部分衬底的正面区域相对，所述光感应芯片上形成有多个与所述光感应区域电耦合的焊料凸点焊盘；以及

(c)多个第一焊接接点，用于连接所述感应部分和组装部分，每个所述第一焊接接点焊接至所述钝化层的所述第一凹入开口之一，并且在所述感应部分的一个所述焊料凸点焊盘和所述组装部分的一个所述第一焊料凸点焊盘之间延伸。

2.如权利要求1所述的光感应器件的封装，进一步包括多个第二焊接接点，其从所述第二焊料凸点焊盘延伸，通过所述组装部分的一个所述第二凹入开口，以安装到外部电路。

3.如权利要求2所述的光感应器件的封装，其中每个所述第二焊接接点从所述第二焊料凸点焊盘横向地延伸到所述连接到此的感应部分的所述光感应芯片之外。

4.如权利要求1所述的光感应器件的封装，其中所述组装部分包括在所述衬底上的正面区域周围形成的至少一个防尘密封层，所述防尘密封层在所述衬底和所述光感应芯片之间横向延伸，以包围在其间密封的部分。

5.如权利要求4所述的光感应器件的封装，其中所述防尘密封层由聚合材料构成。

6.如权利要求1所述的光感应器件的封装，其中所述衬底由硼硅玻璃材料构成。

7.如权利要求6所述的光感应器件的封装，其中所述衬底的厚度范围在250-800微米之间。

8.如权利要求4所述的光感应器件的封装，其中所述衬底由厚度范围在250-800微米之间的硼硅玻璃材料构成。

9.如权利要求1所述的光感应器件的封装，其中将所述光感应芯片的光感应区域设置为与所述衬底的正面区域光学对准，以接收通过所述衬底的光。

10.如权利要求1所述的光感应器件的封装，其中所述组装部分包括第二金属层，所述第二金属层至少部分地形成于所述钝化层上，所述第二金属层被构图为至少部分地在所述第一和第二凹入开口上延伸，从而与第一和第二焊料凸点焊盘接触。

11.如权利要求1所述的光感应器件的封装，其中所述衬底包括与正面相对的背面，所述衬底的所述正面和背面至少之一上形成有薄膜涂层，用于改变所通过的预定波长范围内的光的透射率。

12.如权利要求4所述的光感应器件的封装，其中所述衬底包括与正面相对的背面，所述衬底的所述正面和背面至少之一上形成有薄膜涂层，用于改变所通过的预定波长范围内的光的透射率。

13.如权利要求1所述的光感应器件的封装，其中所述感应部分的焊料凸点焊盘与所述组装部分的第一和第二焊料凸点焊盘中的每一个都具有至少包括粘合层、扩散阻挡层和焊接浸润层的多层结构。

14.一种光感应器件的封装方法，包含以下步骤：

(a)设置至少一个光感应芯片，所述光感应芯片在其前向表面限定有至少一个集成的光感应区域，用于对预定波长范围内的光进行光电转换；

(b)在所述光感应芯片上形成多个电耦合到所述光感应区域的第一焊料凸点；

(c)至少设置一个由充分地透过预定波长范围内的光的材料构成的单元衬底；

(d)在所述单元衬底的正面区域周围至少形成一层金属层；

(e)对所述金属层进行设置，以限定出多个第一和第二焊料凸点焊盘和多个互连线，其中每一条互连线在至少一个第一焊料凸点焊盘和至少一个第二焊料凸点焊盘之间延伸；

(f)至少形成一层在所述金属层之上延伸的钝化层；

(g)对所述钝化层进行设置，以限定出多个分别对准所述第一和第二焊料凸点焊盘的第一和第二凹入开口；

(h)以倒置的方式将所述光感应芯片放置在所述单元衬底上，所述第一焊料凸点中的每一个都与一个所述钝化层的第一凹入开口相接合，以接触一个所述第一焊料凸点焊盘，由此导引所述光感应芯片的光感应区域使其与所述单元衬底的正面区域对准；

(i)将所述第一焊料凸点加热到其典型的回流温度，以与所述单元衬底的第一焊料凸点焊盘附接。

15.如权利要求14所述的光感应器件的封装方法，进一步包括通过所述第二凹入开口，将多个第二焊料凸点分别附接到所述第二焊料凸点焊盘上的步骤。

16.如权利要求14所述的光感应器件的封装方法，进一步包括在步骤(g)之后，在所述单元衬底的正面区域周围形成防尘密封层的步骤。

17.如权利要求15所述的光感应器件的封装方法，进一步包括预先形成具有焊料球结构的所述第一和第二焊料凸点的步骤，其中所述第二焊料凸点的直径比所述第一焊料凸点的直径大。

18.如权利要求14所述的光感应器件的封装方法，进一步包括在所述钝化层上至少部分地形成上层金属层的步骤，所述上层金属层被设置为至少部分地延伸到所述第一和第二凹入开口之上，从而与所述第一和第二焊料凸点焊盘接触。

19.如权利要求14所述的光感应器件的封装方法，其中在衬底上集成地限定出多个所述单元衬底，在步骤(i)之后对所述衬底进行划片，以使所述单元衬底彼此分离。

20.如权利要求14所述的光感应器件的封装方法，其中在晶片上集成地限定出多个所述光感应芯片，在步骤(h)之前对所述晶片进行划片，以使所述光感应芯片彼此分离。

21.如权利要求20所述的光感应器件的封装方法，其中连续地执行拾取-倒装-放置操作，从而将所述光感应芯片分别放置在相应的所述单元衬底之一上。

22.一种光感应半导体器件的封装方法，包含以下步骤：

(a)设置至少一个半导体芯片，所述半导体芯片在其前向表面限定有至少一个集成的光感应区域，用于对预定波长范围内的光进行光电转换；

(b)在所述半导体芯片上形成多个待与所述光感应区域电耦合的焊料凸点焊盘；

(c)将多个第一焊料凸点分别附接到在所述半导体芯片上形成的所述焊料凸点焊盘上；

(d)至少设置一个由可以充分地透过预定波长范围内的光的材料构成的单元衬底；

(e)在所述单元衬底的正面区域周围至少施加第一金属层；

(f)有选择地去除所述第一金属层的一部分，以限定出多个第一和第二焊料凸点焊盘和多个互连线，其中每一条互连线在至少一个所述第一焊料凸点焊盘和至少一个所述第二焊料凸点焊盘之间延伸；

(g)至少形成一层在所述金属层之上延伸的钝化层；

(h)有选择地去除所述钝化层的一部分，以限定出多个分别与所述第一和第二焊料凸点焊盘对准的第一和第二凹入开口；

(i)以倒置的方式将所述半导体芯片放置在所述单元衬底上，所述第一焊料凸点中的每一个都与一个所述钝化层的第一凹入开口相接合，以接触一个所述第一焊料凸点焊盘，由此导引所述半导体芯片的光感应区域使其与所述单元衬底的正面区域对准；

(j)将所述第一焊料凸点加热到其典型的回流温度，以与所述单元衬底的第一焊料凸点焊盘附接。

23.如权利要求22所述的光感应半导体器件的封装方法，进一步包括通过所述第二凹入开口，将多个第二焊料凸点分别附接到所述第二焊料凸点焊盘上的步骤。

24.如权利要求22所述的光感应半导体器件的封装方法，进一步包括在步骤(h)之后将防尘密封材料施加到至少部分钝化层上，并且选择性地去除所述防尘密封材料的一部分，以围绕所述单元衬底的所述正面区域形成防尘密封层的步骤。

25.如权利要求22所述的光感应半导体器件的封装方法，其中在衬底上集成地限定出多个所述单元衬底，在步骤(j)之后对所述衬底进行划片，以使所述单元衬底彼此分离。

26.如权利要求22所述的光感应半导体器件的封装方法，其中在晶片上集成地限定出多个所述半导体芯片，在步骤(i)之前对所述晶片进行划片，以使所述半导体芯片彼此分离。

27.如权利要求26所述的光感应半导体器件的封装方法，其中连续地执行拾取-倒装-放置操作，从而将所述半导体芯片分别放置在相应的所述单元衬底之一上。

28.如权利要求22所述的光感应半导体器件的封装方法，进一步包括在步骤(c)和步骤(i)之前，将助焊剂材料分别施加到所述半导体芯片的焊料凸点焊盘和所述单元衬底的第一焊料凸点焊盘上的步骤。

29.如权利要求22所述的光感应半导体器件的封装方法，进一步包括在所述钝化层上至少部分地形成第二金属层，对所述第二金属层进行构图，以使其至少部分地在所述第一和第二凹入开口上延伸，从而与所述第一和第二焊料凸点焊盘接触。

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