CN101010810A - 具有集成的透镜的封装件及晶片规模制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有集成在覆盖层(12)中的一光学元件(14)的覆盖的芯片(10)，该芯片包括具有一前表面(18)、一光学有源电路区(16)以及设置在该前表面处的粘结垫(20)。该芯片被至少部分地光学半透明或透明的单体覆盖层(12)所覆盖，该单体覆盖层安装到芯片前表面上，该芯片具有集成在单体覆盖层中的至少一个光学元件(14)。覆盖层(12)与光学有源电路区(16)对齐且沿垂直方向与光学有源电路区间隔开。

Description

具有集成的透镜的封装件及晶片规模制造方法
相关申请的交叉参照
本申请要求2004年8月27日提交的第10/928,839号美国专利申请的优先权。该申请要求获得如下申请的提交日期的保护权益：2004年5月4日提交的、标题为“罩盖的芯片的结构及其制造方法(Structure And Method ofMaking Capped Chips”)的第60/568,041号美国专利临时申请；2003年9月26日提交的、标题为“晶片规模密封封装件(Water-scale hermeticpackage”的第60/506,500号美国专利临时申请；2003年10月29日提交的、标题为“晶片规模密封封装件，撞击金属化时的布线轨迹以及钎焊球形掩模(Water-scale Hermetic Package，Wiring Trace Under Bump Metalligation，and Solder Sphere mask”的第60/515,615号美国专利临时申请；以及2003年12月23日提交的、标题为“晶片规模密封封装件，撞击金属化时的布线轨迹以及钎焊球形掩模(Water-scale Hermetic Package，Wining Trace UnderBump Metalligation，and Solder Sphere Mask)”的第60/532,341号美国专利临时申请。所有这些申请都援引于此以作参考。
发明领域
本发明涉及光学有源元件、特别是诸如光敏芯片和光源芯片之类的微结构元件的封装件。
发明背景
当今微电子电路密度日益加大通常已能将诸如光敏器件(例如成像器件)以及光源之类的光学装置实施为集成电路或“芯片”级大小。这种进步与性能改进、成本降低合在一起后，目前已能将微电子图像传感器应用在如下的多种场合：数码摄像、监视，某些移动电话，可视会议设备(例如可视电话)，机动车驾驶员辅助装置，玩具，以及用于控制机械，以指定一些示范。
这种光学器件要求将微电子元件封装成具有一个用于透镜的开口、或者对相关波长的光照是透明的。
光学成像器件经常是采用形成在硅晶片的各芯片中的互补金属氧化物半导体(CMOS)器件来做成的。CMOS固态成像器件的有源元件是一个设置在芯片的光学有源区中的光子检测器阵列，检测器阵列通常直接与图像处理电子器件直接耦连。由于每个芯片的该区通常具有其每边仅为几个毫米的尺寸，故通常是将许多这种图像传感器芯片同时形成在一单个晶片上的。
图像传感器对其封装提出了要特别关注的问题。由于出现在这种图像传感器中的光子检测器的尺寸很小，故保护图像传感器不受到杂质污染(例如灰尘)是很重要的，杂质污染通常会使图像传感器报废。因此，希望在图像传感器制成后当即封装，且当包含这些图像传感器的芯片还处在晶片状态时就封装。
大多数的图像传感器还要求在其上方的光线通路中放入某种光学有源元件，例如一透镜、滤光器等等，用以例如帮助将光线聚焦到传感器上。通常，将光学有源元件安装在作为将其包含在内的封装件上的“透镜转盘”的电路板上，或者将透镜转盘安装到一分离的已装的图像传感器上。在另一种封装形式中，可将透镜结构安装到芯片的顶表面上，从而使芯片的粘结垫露出并粘结到封装的接触面上。
在第6,583,444 B2(第’444号专利)号美国专利的一实施例中示出了又一种结构，一透明或半透明密封材料覆盖住含有一光电元件的芯片的表面。在第’444号专利所给出的示例性制造方法中，在将一密封材料流过芯片的光电表面、具有一包括光学元件的盖子形成在芯片上之前，先将一有光敏芯片的晶片分割成各单个芯片。
某些其它的芯片包括必须覆盖起来以使芯片可正常工作的敏感元件。具有“表面声波”(SAW)器件的滤光器是这种芯片的一个例子。
可将小型SAW器件制成为由一诸如铌酸锂材料之类的声学有源材料制成或结合在这种材料的晶片的形式。对该晶片进行处理以形成众多个SAW器件，并且，通常还给该晶片提供导电接触以在SAW器件和其它电路元件之间形成电气连接。在这种处理之后，再分割晶片而形成单个器件。给制成为晶片形式的SAW器件提供罩盖，而在分割之前仍保持晶片形式。例如，如在第6,429,511号美国专利中所指示的那样，可对诸如硅之类的材料所形成的一覆盖晶片进行处理以形成许多中空突起，而再粘结到有源材料晶片的顶表面上，且该中空突起面向该有源晶片。在粘结后，再将覆盖晶片磨光以将覆盖晶片的材料向下去除至突起中。这可将凹凸留在原处作为有源材料晶片上的罩盖，并因此形成带有由罩盖覆盖的各个SAW器件的有源区的复合晶片。
可将这种复合晶片分割成为单独的单元。可将由分割这种晶片而得到的单元安装在诸如一芯片底座或电路板之类的底板上，并在安装后通过导线粘结到有源晶片的触点上而电气连接到该底板的导线上，但这就要求罩盖具有尺寸足够大的孔以适用于导线粘结加工处理。这就会增加要有源晶片形成各个单元的面积，就会要有额外的操作，并会造成组件比单元本身明显要大。
在由第’511号专利所揭示的另一种可替代的形式中，可将端子形成在罩盖的顶表面上，并在分割之前，例如在组装之前通过形成在覆盖片中的金属通路电气连接到有源晶片的触点上。然而，在罩盖上形成端子和用于将端子连接到有源晶片上的触点上就会要求有相对较复杂的一系列步骤。而且，第’511号专利并未给出可将透镜或其它光学有源元件结合到罩盖之中的结构和方法。
发明简述
根据本发明的一方面内容，具有集成在覆盖层中的一光学元件的覆盖的芯片包括一芯片，该芯片具有一前表面、一光学有源电路区和设置在前表面处的粘结垫。该芯片被安装在其前表面上的至少局部地光学半透明或透明的单体覆盖层所覆盖，该芯片具有至少一个集成在单体覆盖中的光学元件，覆盖层与光学有源电路区对齐且沿垂直方向与光学有源电路区间隔开。
根据本发明的另一方面内容，提供一种覆盖的芯片，它包括具有一前表面、在该前表面处的一光学有源电路区以及设置在该前表面上的粘结垫。一单体覆盖层安装到芯片的前表面上，而单体覆盖层实质上系由一种或多种聚合物所组成，并具有邻近芯片的内表面和与内表面相对的外表面。单体覆盖层包括设置在外表面上方位置处的一个或多个底座，这些底座适用于安装光学元件。
根据本发明的又一较佳方面内容，可将一个或多个光学元件安装到单体覆盖层的底座上。
根据本发明的再一方面内容，提供一种用于同时形成各具有一光学有源电路区的多个覆盖芯片的方法。根据这种方法，可形成一芯片阵列，各芯片具有一前表面和在前表面处的一光学有源电路区。形成一光学透明的单体覆盖层的阵列，各覆盖层具有下列元件的至少一个：(i)集成的光学元件以及(ii)适用于保持光学元件的底座。芯片中的至少一些与覆盖层中的一些对齐，且将对齐的芯片中的至少某一些同时连接到覆盖层的至少某些上，以形成覆盖的芯片。
发明的详细描述
诸如半导体芯片或“电路小片”通常形成为封装件，这样可保护电路小片或其它元件免遭机械损坏，且可便于将电路小片安装到电路板或其它元件上。
一种微电子封装件类型包括一个罩盖，该罩盖包封一个覆盖在封装芯片的有源区上的空腔。例如，通常属于2003年2月25日提交的、第60/449,673号美国临时申请和通常属于2004年2月25日提交的、第10/786,825美国临时申请的揭示(它们被援引于此以供参考)描述了将罩盖安装到芯片上的方法、尤其是一晶片规模别的，以允许从其中设有芯片有源器材区的一个区的外部到芯片的前表面上形成互连。
本发明的实施例针对一种具体的需求而提供一种具有诸如成像器件之类的光电器件的芯片封装方法。通常这种芯片是以与一个或多个透镜(例如透镜转盘)组件的形式封装的。在这种芯片的封装中，避免光学器件的表面被微粒(例如灰尘)污染是很重要的。另外，还希望能提供一种将光电子芯片与诸如透镜和/或透镜底座之类的光学元件一起封装的、有效且可靠的方法，而无论在芯片和光学元件之间在热膨胀系数(CTE)上的差异。
图1示出根据本发明的一实施例的覆盖的芯片10，它包括其上装有一集成有光学元件的单体覆盖层12的一个光电子芯片11。如这里所采用的那样，术语“光学元件”系指包括所有具有光学功能的无源元件的形式，包括但并不限于对于相关的波长具有聚集、散射、瞄准、反射、折射、衍射、吸收、滤光、荧光等等的作用的元件，而无论这种波长对人眼为可见的或不可见的。换种说话，光学元件不仅仅是当将单体覆盖层安装到芯片上相对于芯片的最终位置上时成直角关系设置到芯片11上的透射介质。因此，在一个例子中，该光学元件具有可改变一个或多个光特性的作用，诸如通过聚焦或瞄准该光线。光学元件的例子包括透镜、衍射格栅、全息摄影片、反射器(它可以是部分透射和部分反射的)、折射元件(例如具有至少一个设置成对光线是非直角的面的棱镜)以及滤光器。可与单体覆盖层12整体地形成许多不同形状、功能和特征的各种各样的透镜。例如，在一个实施例中，与覆盖层12整体形成一凸透镜。在另一个实施例中的覆盖层12整体地形成一凹透镜。而且，这种透镜可根据具体应用所需面板做成球形或非球形的。在一特定的实施例中，提供一种校正其它镜片散光或校正采用覆盖的芯片的光电子器材中的散光的透镜。
如图1所示，将光学元件14设置成在芯片的前表面18具有一光电子器件16的光学有源电路区上方呈对齐形式。用以说明，在一特定的实施例中，该光学元件14是个透镜，该透镜用来将光线聚集在光电子器件16上，在这种实施例中，将单体覆盖层形成为对相关的波长至少部分透明或半透明。如所示，将单体覆盖层形成为实质上由其中透镜元件形成为单体覆盖层的一个整体部分的聚合材料所组成的模制元件。在一特定的实施例中，透镜元件是通过注射模制同时与单体覆盖层整体模制而成的。用来制造镜片的聚合材料的例子以及适合于制造单体覆盖层的那些材料包括：聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，烷基双乙撑二醇碳酸酯，聚苯乙烯共合丙烯腈，聚苯乙烯共合甲基丙烯酸酯，聚四甲烷一五乙撑六胺，环链烯烃共聚物，非结晶聚烯烃，非结晶尼龙，聚醚砜以及聚醚酰亚胺。
一种特定级别的透明和半透明的材料--非结晶尼龙具有大约9 ppm/°K的CTE，它比硅的CTE略为大一些，但还是比硅的一个数量级的量值要小。因此，对于其中附连的单体覆盖层粘结到附连的芯片阵列上，例如呈晶片形式的，在此所描述的实施例来说，该单体覆盖层可由诸如非结晶尼龙(它具有所期望的低的CTE)之类的材料来制造。可采用的另一种级别的材料包括液晶聚合物。某些液晶聚合物具有比硅的CTE的一个数量级要小但大于硅的CTE的CTE，在某些情况中会低为大约5ppm/°K，因而可与硅的膨胀良好地匹配。液晶聚合物的每单位厚度的光学透射率通常要比其他的透明聚合物要小，但无论如何在多种应用场合中它是可被接受的。
如图1进一步所示，粘结垫20是设置在芯片11的前表面上的。连至芯11的导电互连形成在设置于单体覆盖层12中的通孔22中。这种导电互连可形成为几种不同的形式，正如下面还将进一步描述的。如图1所具体示出的那样，导电互连24包括一从芯片11的粘结垫20至少部分地延伸到设置在单体覆盖层12中的通孔中的导电粘结材料。在一个实施例中，给通孔提供可钎焊沾湿的金属化层32，且粘结材料包括钎焊料或其它低熔点或低共熔点的粘结材料，这种材料在形成有可钎焊沾湿的表面时粘结得最佳。还是如图1所示，用间隔件26将单体覆盖层14与芯片11的前表面18间隔开。在一个诸如图1所示的特定的实施例中，间隔件26包括圆柱形或球形的诸如那些通常可购得的绝缘元件。间隔件放置在密封介质28内，而该密封介质是置于芯片11的周边30和其它周边(在图1所示的截面图上看不到)的近旁，作为覆盖的芯片10的一个“画框”环形密封件。
通常，用来形成环形密封件28的密封剂包括一种具有低弹性模数的材料，以将光学元件14保持在正确对齐和相对于光电子元件16呈所要的间隔处。不过，该密封材料无需具有高的密封性，因为覆盖层和密封件的主要目的是用来防止微粒(例如灰尘)进入光电子器件以及由于诸如因冷凝之类原因而致的小水球污染。因此，对于光电子器材来说，密封剂28无需提供通常按照与SAW芯片封装有关的严格的标准的紧密密封。
图2-5示出根据本发明的一个实施例的、制造覆盖的芯片的方法的诸阶段。图2示出一单体覆盖层12，其上附连有另外两个具有同样结构的单体覆盖层12，图示为包括单体覆盖层12的一阵列的一单体元件50。在一个实施例中，单体覆盖层50是采用众所用知的、用于制造高密度模制产品的模制工艺(例如注射模制)来模制的。单体覆盖层的通孔22尽管可以在模制工艺过程之后用图案刻蚀、例如采用石版印刷术图案成形抗光蚀装置来形成，但最好还是用模制工艺来形成。或者，也可以光学或机械方法、例如激光钻孔来形成通孔。如图2中进一步所示，通孔22具有可钎焊沾湿的金属化层32，例如它可通过掩模无电极敷镀而镀到聚合单体覆盖层上、接着再进行电镀来形成。
图3示出了制造中的后续阶段，如图所示，单体元件50，包括单体覆盖层12的阵列在内，连同画框环形密封介质28和设置在芯片11和单体元件50之间的间隔件26一起安装到芯片11相应的阵列上。在这个制造阶段，最好还是将芯片11的阵列61保持附连成其晶片或部段形式，这样，单体元件50铺垫于附连的芯片下。在一个实施例中，芯片11保持附连在晶片上，而单体元件50包括覆盖层的阵列，但单体元件要比晶片延伸出较小的尺寸。在这种“铺设”的方法中，环形密封介质设置在芯片阵列的每个芯片的特定部位上。然后，再将一特定的单体元件50通过环形密封介质粘结到晶片上的芯片阵列上。接着，将对齐和粘结设备移动到晶片的另一个位置，并再将另一个特定的单体元件50粘结到晶片的另一个芯片阵列上。然后多次重复该工艺过程，直到晶片的所有芯片都覆盖好为止。
如图4进一步所示，在这种“铺设”工艺的实施例中，将钎焊球36对齐并放置在金属化了的通孔22中，或者至少放置在邻近金属化了的通孔的地方。此后，如图5所示，将包括晶片通常有多个附连的铺设单体元件50的组件加热到足以使钎焊球软熔。这就会造成钎焊材料向下流过通孔22的壁上的金属化层32并与芯片11的粘结垫20相粘结。这样，就将导电互连24形成为从粘结垫20向上通过通孔22而到达单体覆盖层12的顶表面上。
在将所有的单体元件50粘结在晶片的芯片上而就此形成了导电互连之后，再将这些芯片分割成如图1所示的单个的芯片，每个芯片具有它自己的导电互连。在将光电子元件覆盖好后，就可该芯片集成到更高等级的封装件或组件中，此时就可按照比用以制造芯片和形成覆盖的芯片较少限制的方法来处理它了。
图6示出了根据本发明的一可代换的实施例的一覆盖的芯片。在该实施例中，将间隔件126集成到单体覆盖层112中，作为单体覆盖层的整体模制部件。在如图6所示的实施例中，间隔件形成为从单体覆盖层12的底表面110垂直向下延伸的柱或肋的形式而将单体覆盖层112的底表面110与芯片的前表面118间隔开一预定的间距150。如图6所特别示出的那样，这些间隔件形成在设有画框环形密封介质128的区域中。
在图7所示的另一个实施例中，间隔件226形成为从芯片211的前表面218向上延伸的元件。这种间隔件，例如可通过制成一个或多个成图案形材料层来形成，例如在形成粘结垫220后所实施的后段工艺(BEOL)处理期间通过实施无电敷镀和/或电镀来形成。
图8示出了本发明的又一个实施例，其中导电互连形成为穿过单体覆盖层312、但与芯片311的粘结板320相偏置。在这种实施例中，导电迹线360形成单体覆盖层的底表面310处，迹线360与设置在与芯片311的粘结垫320相应的位置处的下触点370相连接。迹线360随后又通过延伸穿过单体覆盖层312的导电元件374导电连接到上触点372上。用以作为说明，例如，该导电元件可形成为电镀的通孔，而迹线360、下触点370和上触点372通过电镀来形成。
为了形成如图8所示的覆盖的芯片，通过钎焊凸缘或者敷涂到粘结垫320或敷涂到触点370上的导电粘接剂来将粘结垫320粘结到下触点370上。此后，将单体覆盖层312与芯片311对齐并粘结。如上所述参照图2-5的实施例那样，将钎焊凸缘施加到或将粘结剂敷涂到芯片311或覆盖层312上的步骤以及使之对齐和粘结的步骤可对多个芯片和覆盖层同时实施，此时芯片保持相互附连成例如一晶片形式而多个覆盖层也保持相互附连在一起。可利用一种自固化粘结剂或取而代之的一种紫外光固化导电粘结剂来将大尺度的覆盖层、例如整个晶片大小的覆盖层同时粘结到整个晶片的芯片上，以生产出如图8所示的结构。
图9是表示本发明的又一个实施例的截面图，其中单体覆盖层412具有一与用于安装光学元件的单体覆盖层整体地形成的底座414。底座414位于单体覆盖层412的顶表面415上放有芯片411的光电子元件416的位置处。底座较佳地具有径向对称的设计，或者至少是大体上径向对称的。在图9所示的特定的实施例中，单体覆盖层412实质上是个透光元件，它对相关的波长是透明的，并具有一顶表面415和一底表面418，对于照射到单体覆盖层上的光线413来说为基本平面的表面，从而光线的特性、例如光线的方向或光束的特征等等不会因光线通过单体覆盖层412到光电子元件416或从光电子元件416到单体覆盖层412的通过而有明显改变。
如图9进一步所示，在芯片411的粘结垫420上形成锥形柱状凸缘422。这种类型的互连就是在通常归属于2004年5月4日提交的第60/568,041号美国专利中所描述的那种，该申请援引在此以供参考。锥形柱状凸缘422形成一导电元件，它至少部分地延伸穿过单体覆盖层的通孔421。设置成与锥形柱形凸缘422相接触的钎焊料、导电粘结剂或其它导电材料423有助于形成一从粘结垫420延伸到单体覆盖层412的顶表面415的导电互连。在导电材料423是一种导电的有机材料或者是可不用在壁上形成金属化就可沾湿通孔421的壁的其他材料的情况下，上述参照图1的通孔壁的金属化步骤可以省去。
图10是进一步说明图9所示实施例的图，它表示光学元件425和427已安装在单体覆盖层20顶表面415上方的底座414上。在图10所示的该特定情况中，该光学元件包括诸透镜。不过，该光学元件可包括任何其它上述类型的镜片，例如滤光器、衍射格栅、全息摄影片等等，以替代透镜或再附加上去。光学元件425、427安装在底座上，并可用下述几种周知的方法中的任何一种将之永久性粘结住，这些周知的方法例如涉及到局部加热的方法，包括旋压焊接的方法，或超声波熔接方法，或用一直接的光源、例如紫外线或激光的方法。在将光学元件425、427安装到覆盖层412的底座414上时，由于芯片411的光电子元件416受到了覆盖层412的保护而可防止杂质污染故此制造步骤可以在与将覆盖层412安装到芯片411上的那些条件相比为较少限制的条件下进行。因此，在将光学元件425、427安装覆盖层上时允许在大气环境中存在的微粒、例如灰尘的水平与将单体层覆盖层412首次安装到芯片上时的最高微粒水平相比可高得多。作为一个例子，当该光电子元件为一诸如数码摄影用的成像器件、例如电荷耦合器件(CCD)阵列时，落在这种CCD阵列的成像区域上一颗小小的粒子将会阻堵该CCD阵列的成像区域，导致由该CCD阵列所拍摄的图像受污损。在这种情况下，该CCD阵列芯片就一定不合格而报废。另一方面，如果同样大小的微粒落在覆盖层的顶表面415上或落在光学元件425或427中的一个上，则该芯片就不会成废品。因为落在一个光学元件上或覆盖层上的微粒并不在成像的聚焦平面上，故该微粒对成像的影响是极小的。由于这个缘故，微粒并不会阻堵拍摄成像的区域。
图11示出又一个实施例，其中单体覆盖层包括底座414和一个光学元件429(这里所示为一与单体覆盖层412整体地形成的凹透镜)。可与单体覆盖层412整体地形成包括多种不同形状、功能和特征的透镜的各种光学元件，如上述参照图1所描述的那样。例如，可与覆盖层412整体地形成一凸透镜，以代替一凹透镜。或者，也可与覆盖层整体地形成一球形透镜或非球形透镜。
图12示出再一个实施例，其中有一开430设置在单体覆盖层412上底座414下，在底座上安装有光学元件425和427。在该实施例中，较佳地在将覆盖层安装到芯片411上之前就将光学元件425、427安装到底座414上，用以减轻上述的微粒污染问题。
图13是表示又一个实施例的截面图，该实施例除了单体覆盖层512材料和结构以及在芯片511上所形成的特定的光电子器材有所不同外，与上述关于图1的实施例在各方面都类似。在该实施例中，单体覆盖层512用硅或具有与所安装的芯片511的CTE很匹配的CTE的其它材料制成，而芯片511本身也可以是硅或具有类似CTE的其它半导体制成的。尽管硅对可见波长的光是不透明的，但硅至少对红外线波长是部分地透明或半透明的，从而用硅制成的覆盖层512将会至少可通过红外线波长而阻断可见光波长。如图13进一步所示的，覆盖层具有设置在包括一激光器517在内的器件区域516上方的减薄区域530。在一特定的实施例中，在覆盖层的侧壁520上、底表面510和减薄区域530之间形成一至少部分反射的反射器522。该反射器522可通过在侧壁上形成一金属涂层(例如通过电镀来形成)来形成。在芯片511上设置激光器517，用以提供一个沿垂直方向519、亦即对于芯片511的主表面518成直角方向朝向反射器522的输出。由于反射器522的作用，激光的光束输出沿方向532反射通过覆盖层512的减薄区域，该方向系由激光器517相对于反射器的位置以及反射器522对于激光器517所产生的光束输出所成的角度来决定的。
图14-18示出本发明的具体工艺过程实施例，它涉及到同时将多个覆盖层安装到多个芯片上，例如，在这种安装工艺过程中附连成晶片形式的诸芯片。由于这个原因，图14-18所示的实施例可称为“晶状规模封装工艺”。这些实施例的根据在于承认：某些聚合材料的CTE要在硅和其它半导体的CTE要大得多，以及这种材料的热膨胀常常是各向异性的，因而，当在升高的温度时进行组装工艺过程就必须给单体覆盖层的材料专门提供与所安装的芯片相对的、各向异性的不同的热膨胀。
图14示出保持附连在其上制造芯片的晶片上的多个芯片611的平面图。每个芯片611都包括：一器件区620，它包括一个或多个光电子元件；以及多个粘结垫622。在芯片611间的边界是切片通道613，以后将在那儿将附连的芯片611分割开来以形成单个的封装芯片。
图15是示出单体覆盖元件630的平面图，其中可按照上述有关图1-13的任何实施例来提供多个单体覆盖层612用于形成覆盖的芯片。该单体覆盖元件630用于同时安装到多个芯片上去的，例如是一晶片的所有芯片上。在所示的实施例中，较佳地将该单体覆盖元件630制成为一单件模制聚合材料，且是例如通过注射模制而做成的。各个单体覆盖层612的大小做成可完成包含芯片的器件区域，并包括整体地形成在覆盖层上的、诸如上述参考图1的光学元件之类的光学元件，和/或诸如上述有关图9～12的底座之类的、用于安装光学元件的底座。每个覆盖层612还包括一个或多个通孔624，或者从覆盖层612的底表面延伸到其顶表面的导电元件，例如上述参考图1～13的那些。
如图15进一步所示以及图16的部分截面图最清楚地所示的那样，在这个制造阶段，单体覆盖元件630的单个覆盖层612是通过应压支承件614而相互附连在一起的，应力支承件的横截面最好要比单体覆盖层612的横截面薄得多，且因此当它在要将覆盖元件630的各个单体覆盖层612与晶片的芯片对齐并粘结于其它而有必要时，可伸长、压缩、弯曲变形或扭转。
此外，图16示出单体覆盖元件630的一个部分截面图，该单体覆盖元件630用作在与器件晶体610 CTE匹配的支承元件626上安装过程中的临时支承。这种支承元件626的例子包括由硅或其CTE与硅的CTE相匹配的材料(例如钼)、或具有与硅相匹配的CTE的几种已知的其它材料形成的型板。
如图16所示，单体覆盖元件630的顶表面615设置成面向下而置于一临时表层628上，各单体覆盖层612的边缘元件或支柱632临时粘结于其上。这种临时表层628可用一种当施加一定的条件时可松开的粘结剂来形成。例如，该临时表层628可形成为一种当有紫外线照射后就松开的粘结剂。如图15进一步所示，每个单体覆盖层612包括一光学元件634和诸通孔624。
图1 7示出一后续制造阶段，其中单体覆盖元件630已与器件晶体对齐，且单体覆盖层612已如上所示的画框环形密封介质粘结到器件晶片610的多个芯片上。此时，导电互连较佳地通过上述技术中的一种或多种技术形成为穿过覆盖层612而到达多个芯片的粘结垫上。某些形成互连的技术，例如上述关于图2～5的施加钎焊球且软熔，要求在升高的温度下进行。在这种情况下，连接各个覆盖层的应力支承件在需要时就变形，用以支承由于在单体覆盖元件630和器件晶片610之间热膨胀的差异所引起的应力。在粘结工艺完成和穿过覆盖层612的导电互连形成之后，就通过沿着切片通道636切割而将芯片611分割成单个的覆盖的芯片。
如图18的平面图进一步所示，它示出了另一种单体覆盖元件730的一部分，其中各个单体覆盖层712通过应力支承元件714相互附连，该应力支承元件形成为类似弹簧的元件，它易于弯曲、挠屈、变形等等以承受在将覆盖层安装到呈晶片形式的芯片上的工艺过程和/或在用于形成如上所述的导电耦合工艺过程中所引起的应力。
上述用于将覆盖层安装到芯片上和用于形成导电互连的工艺并不一定要实施为同时将所有的覆盖层安装到整个晶片的所有芯片上的。而可取而代之的是，在另一种工艺过程中，仅仅将晶片的多个芯片呈阵列形式同时安装到相应数量的覆盖层上。此后，可重复该过程以将覆盖层安装到晶片不同部分的芯片上，而然后再一次又一次地重复该工艺过程而芯片保持附连成晶片的形式直到覆盖层安装到晶片的所有芯片上为止。之后，在这种可替换的工艺过程中，再将晶片切片成单个的覆盖的芯片。
尽管在此已参照特定的实施例描述了本发明，但应理解，这些实施例只是用来说明本发明的原理及其应用的。因此应该理解，对所示的实施例还可作出多种修改，并可设想到其它的实施方案，这些都不脱离由所附权利要求所限定的本发明的精神实质和范围。
工业应用
本发明可应用于光学有源元件的封装，尤其是诸如光敏芯片和光源芯片之类的微结构元件的封装。

Claims (34)

1.一种覆盖的芯片，包括：
一芯片，它具有一前表面、一光学有源电路区和设置在所述前表面处的粘结垫；以及
一至少部分光学半透明或透明的单体覆盖层，其安装到所述芯片的所述前表面上，在所述单体覆盖层中集成有至少一个光学元件，所述覆盖层与所述光学有源电路区对齐且与所述光学有源电路区在垂直方向上间隔开来。
2.如权利要求1所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述光学元件可运作以完成如下任务中的至少一个：(i)当所述有源电路区发光时改变从所述有源电路区发射出来的光线的方向；以及(ii)将射在所述光学元件上的光线方向改变为朝向所述有源电路区的方向。
3.如权利要求1所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述光学元件具有一邻近所述芯片的所述前表面的底表面以及一与该底表面相对的顶表面，其中所述顶表面和底表面中的至少一个是非平面的。
4.如权利要求1所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述单体覆盖层实质上是由一种或多种聚合物组成的。
5.如权利要求1所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述覆盖的芯片还包括至少一个从所述诸粘结垫中的至少一个穿过所述单体覆盖层延伸到所述单体覆盖层的顶表面上的导电互连。
6.如权利要求1所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述单体覆盖层还包括与所述诸粘结垫中的至少一个对齐的至少一个通孔，所述覆盖的芯片还包括至少一个从所述至少一个粘结垫至少部分地延伸穿过所述至少一个通孔的导电互连。
7.如权利要求1所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述光学元件是一第一光学元件，所述覆盖的芯片还包括安装成与第一光学元件对齐的一第二光学元件。
8.如权利要求7所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述单体覆盖层包括设置在所述第一光学元件的所述顶表面上方的一个或多个升高的底座，所述第二光学元件安装在所述底座上。
9.如权利要求1所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述光学元件包括选自以下元件组中的至少一个元件：透镜，衍射格栅，全息摄影片，至少部分地反光的反射器，以及滤光器。
10.如权利要求1所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述单体覆盖层实质上系由硅组成的、且包括：一邻近所述芯片的所述前表面的底表面，一与所述底表面相对的顶表面，以及一具有在所述顶、底表面之间的第二表面的减薄区域，所述减薄区域上覆在所述光学有源电路区上，其中所述光学元件包括所述减薄区域。
11.如权利要求10所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述光学元件包括一从所述底表面向上延伸到所述第二表面的侧壁，所述光学元件包括一设置在所述侧壁上的反射器。
12.如权利要求11所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述反射器包括设置在所述侧壁上的金属涂层。
13.如权利要求11所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述有源电路区包括光源。
14.如权利要求13所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述光源是激光。
15.一种覆盖的芯片，包括：
一芯片，它具有一前表面、在所述前表面处的光学有源电路区以及设置在所述前表面上的粘结垫；以及
一单体覆盖层，其安装到所述芯片的所述前表面上，所述单体覆盖层实质上系由一种或多种聚合物组成，并具有一邻近所述芯片的内表面和一与所述内表面相对的外表面，所述单体覆盖层包括设置在所述外表面上方的位置处的一个或多个底座，所述底座适于安装光学元件。
16.如权利要求15所述的覆盖的芯片，其特征在于，还包括安装到所述底座上的所述光学元件。
17.如权利要求15所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述单体覆盖层包括一与所述有源电路区对齐的开口。
18.如权利要求17所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述单体覆盖层实质上是对所述有源电路区的相关波长不透光的。
19.如权利要求16所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述单体覆盖层实质上是对所述有源电路区的相关波长可透光的，并且还覆盖住所述光学有源电路区。
20.如权利要求15所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述光学覆盖层还包括至少一个从所述诸粘结垫中的至少一个穿过所述单体覆盖层延伸到所述单体覆盖层的顶表面上的导电互连。
21.如权利要求15所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述单体覆盖层还包括：与所述诸粘结垫中的至少一个对齐的至少一个通孔，所述覆盖的芯片还包括至少一个从所述至少一个粘结垫至少部分地延伸穿过所述至少一个通孔的导电互连。
22.如权利要求20所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述一个或多个底座是一个或多个第一底座，且所述单体覆盖层包括：设置在所述一个或多个第一底座上方的一个或多个第二底座，以及安装到所述一个或多个第二底座上的一第二光学元件。
23.如权利要求20所述的覆盖的芯片，其特征在于，所述单体覆盖层还包括设置在所述底表面处的一个或多个挡块，所述挡块将所述有源电路区保持离开所述光学元件至少一个最小间隔距离。
24.一种同时形成多个各自具有一光学有源电路区的覆盖的光学有源电路区芯片的方法，包括：
形成一芯片阵列，每一芯片具有一前表面和一在所述前表面处的光学有源电路区；
形成一单体光学透射覆盖层阵列，每一覆盖层具有如下元件中的至少一个：(i)集成光学元件，以及(ii)适用于保持住光学元件的底座；
将芯片中的至少一些与覆盖层中的至少一些对齐；以及
同时将与覆盖层中的所述一些对齐了芯片中的所述一些连接起来以形成所述覆盖的芯片。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，芯片中的所述一些少于所述芯片阵列中的所有所述芯片，而覆盖层中的所述一些少于所述覆盖层阵列中的所有覆盖层。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，芯片阵列中的所有芯片同时与覆盖层阵列中的所有覆盖层对齐，而芯片阵列中的所有芯片同时与覆盖层阵列中的所有覆盖层连接在一起。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，覆盖层实质上系由一种或多种聚合物组成。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，当芯片与覆盖层对齐并连接在一起时，芯片阵列中的至少某一些芯片保持与其它芯片附连，该方法还包括将相互连接在一起的芯片分割开以形成单个的覆盖的芯片。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述覆盖层阵列包括连接覆盖层的多个应力支承件。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述应力支承件包括弹簧。
31.如权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括将覆盖层阵列暂时支承在具有与芯片的热膨胀系数(CTE)匹配的热膨胀系数的型板上，每个覆盖层沿水平方向至少相互间隔开，并且，相邻的芯片间的间隔相应于邻近这些芯片的光学有源电路区之间的间隔，从而覆盖层的阵列与芯片的阵列在升高的温度下对齐并连接在一起，尽管在覆盖层和芯片的阵列之间在CTE上有差异。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，还包括在所述连接步骤之后将型板从覆盖层阵列脱开。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，将覆盖层用暂时性的粘接剂附连到型板上。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，该粘接到是可由紫外光来脱粘的，通过用紫外光来照射该粘接剂而将型板从覆盖层阵列上脱开。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication