CN103852160B - 用于环境光及/或光学近场感测的具有非成像光学聚光器的经封装光侦测器半导体装置，制造其的方法及包含其的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种经封装的光侦测器半导体装置(PLDSD)、用于制造PLDSD的方法以及包含一PLDSD的系统。在一实施例中，一PLDSD包含一具有一表面的光侦测器晶粒，该表面包含一主动的光传感器区域以及一包含彼此轴向地对准并且和主动的光传感器区域轴向地对准的一入口孔及一出口孔的非成像光学聚光器。一种模制材料形成非成像光学聚光器，并且囊封光侦测器晶粒的该表面的至少一部分，该至少一部分是延伸超出非成像光学聚光器的出口孔。该非成像光学聚光器是聚集来自入口孔的光朝向该出口孔并且到主动的光传感器区域之上。在某些实施例中，一种反射的材料被设置在非成像光学聚光器的一内表面上，并且一种透光的模制材料填入非成像光学聚光器的一内部体积的至少一部分。

Description

用于环境光及/或光学近场感测的具有非成像光学聚光器的 经封装光侦测器半导体装置，制造其的方法及包含其的系统

技术领域

本发明的实施例是大致相关于用于环境光及/或光学近场感测的具有非成像光学组件的经封装的光侦测器半导体装置、制造此种装置的方法及包含此种装置的系统。

背景技术

光侦测器例如可被利用作为环境光传感器或是作为光学近场传感器的部分。由于越来越多的光侦测器被整合到例如是移动电话的装置中，因此有一种期望来提供更小且更便宜的光侦测器。较佳的是，此种光侦测器的制造应该是相当简单的，并且应该提供高的效率。

发明内容

根据一实施例，一种经封装的光侦测器半导体装置包含一光侦测器晶粒以及一非成像光学聚光器。该光侦测器晶粒具有一包含一主动的光传感器区域的表面。该非成像光学聚光器系包含彼此轴向地对准并且和该主动的光传感器区域轴向地对准的一入口孔及一出口孔，并且该非成像光学聚光器是适配于聚集来自该入口孔的光朝向该出口孔并且到该主动的光传感器区域之上。在某些实施例中，该非成像光学聚光器是一复合抛物面聚光器(CPC)。一种模制材料形成该非成像光学聚光器并且封装该光侦测器晶粒的该表面的至少一部分，该至少一部分延伸超出该非成像光学聚光器的该出口孔。在某些实施例中，一种反射的材料被设置在该非成像光学聚光器的一内表面上。

在一实施例中，该主动的光传感器区域相邻该非成像光学聚光器的该出口孔，并且该非成像光学聚光器的该入口孔及该出口孔分开一轴向距离是实质等于在该入口孔以及该主动的光传感器区域之间的一轴向距离。

根据一实施例，一滤光片位在该主动的光传感器区域以及该非成像光学聚光器的该出口孔之间。此一滤光片可以是适配于在该光到达该主动的光传感器区域之前吸收及/或反射至少一些波长的光。

在某些实施例中，形成该非成像光学聚光器并且封装该光侦测器晶粒的该第一表面的至少一部分的该模制材料包括一种不透明的模制材料，该至少一部分延伸超出该非成像光学聚光器的该出口孔。该经封装的光侦测器半导体装置亦可包含一种透光的模制材料，该透光的模制材料填入该非成像光学聚光器的一内部体积的至少一部分。在一实施例中，该透光的模制材料填入该非成像光学聚光器的该内部体积，使得该不透明的模制材料的一顶表面以及该透光的模制材料的一顶表面是彼此实质齐平的。

根据某些实施例，该经封装的光侦测器半导体装置亦包含一第二主动的光传感器区域以及一第二非成像光学聚光器。该第二非成像光学聚光器包含彼此轴向地对准并且和该第二主动的光传感器区域轴向地对准之一第二入口孔以及一第二出口孔。在此种实施例中，该光侦测器晶粒的该表面系包含彼此间隔开的该主动的光传感器区域以及该第二主动的光传感器区域两者。该模制材料形成该非成像光学聚光器以及该第二非成像光学聚光器两者，并且囊封该光侦测器晶粒的该表面的延伸超出该非成像光学聚光器的该出口孔以及该第二非成像光学聚光器的该第二出口孔的部分。该些主动的光传感器区域中之一是供使用作为一环境光传感器，并且该些主动的光传感器区域中之另一个是供使用作为一光学近场传感器的部分。此种实施例以及替代及另外的实施例的额外细节是在以下加以描述。

附图说明

图1A展示根据一实施例的一种经封装的光侦测器半导体装置(PLDSD)的立体图。

图1B展示图1A的PLDSD沿着线B-B的横截面图。

图1C展示图1A的PLDSD的仰视图。

图2A描绘一范例的复合抛物面聚光器(CPC)类型的非成像光学聚光器的轮廓。

图2B描绘以一最大的接受角度进入一CPC的一入口孔的光线，并且被导引至该CPC的一出口孔的一边缘。

图2C是一CPC的三维图示，其中一光线几乎成切线地进入该入口孔并且在该出口孔冒出之前，在该CPC的内部各处反射许多次。

图2D被用来描绘用于一CPC并且更一般而言是用于一非成像光学聚光器的一最大的接受角度可以通过利用一种透光的材料来填充该非成像光学聚光器的一内部体积而加以增大。

图3A展示根据另一实施例的一种PLDSD的立体图。

图3B展示图3A的PLDSD沿着线B-B的横截面图。

图3C展示根据另一实施例的一种PLDSD的立体图。

图3D展示图3C的PLDSD沿着线D-D的横截面图。

图3E展示根据又一实施例的一种PLDSD的立体图。

图3F展示图3E的PLDSD沿着线F-F的横截面图。

图4是用来总结根据各种实施例的用于制造PLDSD的方法的一高阶的流程图。

图5是一种包含根据一实施例的一PLDSD的系统的一高阶的方块图。

附图标记说明：

102 经封装的光侦测器半导体装置(PLDSD)

104 光侦测器晶粒

105 晶粒接点

106 主动的光传感器区域

107 滤光片

108 导线架指状部

109 晶粒附接焊盘

110 接合线

112 模制材料

114 PLDSD的顶表面

116 PLDSD的外围表面

118 PLDSD的底表面

120 非成像光学聚光器

122 非成像光学聚光器的内表面

123 反射的材料

124 非成像光学聚光器的内部体积

125 透光的材料

126 入口孔

128 出口孔

301 光源

302 PLDSD

302' PLDSD

302” PLDSD

304 光侦测器晶粒

305 晶粒接点

306 主动的光传感器区域

307 滤光片

308 导线架指状部

309 晶粒附接焊盘

310 接合线

312 模制材料

314 PLDSD的顶表面

316 PLDSD的外围表面

318 PLDSD的底部表面

320 非成像光学聚光器

322 非成像光学聚光器的内表面

323 反射的材料

324 非成像光学聚光器的内部体积

325 透光的材料

326 入口孔

328 出口孔

336 主动的光传感器区域

337 滤光片

340 非成像光学聚光器

340” 视野(FOV)

342 非成像光学聚光器的内表面

343 反射的材料

344 非成像光学聚光器

345 透光的材料

346 入口孔

348 出口孔

350 凹处

360 光导引挡板

402、404、406、408、410、412、414、416、418、420、422 步骤

500 驱动器

501 光源

502 PLDSD

504 比较器及/或处理器

506 子系统

508 物体

510 系统

512 源自光源而从物体反射出并且通过该PLDSD的主动的光传感器区域侦测到的光

514 通过该PLDSD的主动的光传感器区域侦测到的环境光。

具体实施方式

图1A展示根据本发明的一实施例的一种经封装的光侦测器半导体装置(PLDSD)102的立体图。图1B展示图1A的PLDSD沿着线B-B的横截面图。图1C展示图1A的PLDSD 102的仰视图。参照图1A，该PLDSD 102被展示为包含一附接至一晶粒附接焊盘(paddle)109并且囊封在一种模制材料112内的光侦测器晶粒104。根据某些实施例，该模制材料112是一种不透明的模制材料，例如但不限于一种黑色环氧树脂或是其它不透明的树脂或聚合物。

该光侦测器晶粒104被展示为包含一主动的光侦测器的传感器区域106，其被用来产生一指出侦测到的光的大小的电流或电压。该主动的光侦测器的传感器区域106也可被称为主动的光传感器区域106，其包含一或多个光侦测组件，该些光侦测组件的每一个可以是一光敏电阻、一光伏电池、一光二极管、一光敏晶体管或是一电荷耦合装置(CCD)，但并不限于此。例如是那些以上所提及的光侦测组件是光电组件的例子。该主动的光传感器区域106是选配地被一滤光片107所覆盖，该滤光片107是在该光到达该主动的光传感器区域106之前吸收及/或反射至少一些波长的光。例如，在该PLDSD 102欲被使用作为一环境光传感器(ALS)的情形中，该滤光片107可被设计以吸收及/或反射在可见光谱之外的波长的光，其包含但不限于红外线(IR)光。作为另一例子的是，在该PLDSD 102欲和一IR光源一起被使用作为一光学近场传感器(OPS)的情形中，该滤光片107可被设计以吸收及/或反射除了IR光之外的波长的光，在此情形中，该滤光片107可被设计以吸收及/或反射在可见光谱内的光。

该光侦测器晶粒104包含晶粒接点105，该些晶粒接点105是通过接合线110而电连接至导线架指状部108(其可以更大致被称为封装接点108)。例如，该些晶粒接点105中的一或多个可以对应于该主动的光传感器区域106的光侦测组件的阳极，而一或多个其它的晶粒接点105可以对应于该光侦测组件的阴极。该光侦测器晶粒104也可包含放大器电路、滤波器电路及/或其它类型的信号处理电路，在此情形中，该些电气接点105中的一或多个可以对应于此种信号处理电路。

该PLDSD 102包含一顶表面114、一底表面118以及一延伸在该顶表面114与底表面118之间的外围表面116。在此例子中，该PLDSD 102的顶表面114是通过该模制材料112的一顶表面来加以形成，并且该外围表面116是通过该模制材料112的四个侧边来加以形成。例如，该封装接点108可以是导电区、导电垫或是导电球，但并不限于此。例如，该些封装接点108可以是导电接脚或线也是可行的。在此例子中，该PLDSD 102包含六个封装接点108以及该晶粒附接焊盘109在该底表面118上的一露出的部分(在图1C中最能够看出)，然而该PLDSD 102可包含大于或小于六个电连接器。替代或额外的是，该晶粒附接焊盘109可以是一用于该PLDSD 102的接地面。根据一实施例，该PLDSD 102是一平坦无引线的封装。根据一特定的实施例，该些封装接点108构成一基板栅格数组。

该PLDSD 112被展示为包含一非成像光学聚光器120，其收集且聚集用于该主动的光传感器区域106的光。在图1A及1B中，该非成像光学聚光器120被展示为一圆形的复合抛物面聚光器(CPC)。在替代的实施例中，该非成像光学聚光器120可以是一矩形CPC或是一方形CPC。在其它实施例中，该非成像光学聚光器120可以是一圆形、矩形或方形的复合椭圆面聚光器(CEC)。在另外的实施例中，该非成像光学聚光器120可以是一圆形、矩形或是方形的复合双曲面聚光器(CHC)。除非另有叙述，否则对于此说明的其余部分而言，该非成像光学聚光器120将会被假设是一圆形的CPC。然而，如同刚才所解说的，例如是那些以上提及的替代类型的非成像光学聚光器的使用也是在一实施例的范畴内。

在某些实施例中，一种反射的材料123被设置在该非成像光学聚光器120(例如，一CPC)的一内表面122上。该反射的材料123可以是一种例如是金、银、一种金合金或是一种银合金的反射的金属、或是一种例如是氟化镁的介电材料、或是其之一组合，但并不限于此。

该非成像光学聚光器120包含一入口孔126以及一出口孔128，其中该出口孔128小于该入口孔126。该非成像光学聚光器120(例如，一CPC)收集在其入口孔126处的光辐射，并且有效率地传输该能量至其出口孔128。入射在该入口孔126并且在一指定的视野(FOV)内的实质所有的辐射能量都将会被传送至该较小的出口孔128。通过将该主动的光传感器区域106设置该出口孔128之下，该主动的光传感器区域106接收入射在该入口孔126处的实质全部的辐射的能量。

在某些实施例中，该非成像光学聚光器120的一内部体积124(其也可被称为一凹处)是中空的。在替代的实施例中，该非成像光学聚光器120的内部体积120是填入一种透光的材料125，例如一种透光的模制材料。该透光的材料125可以是一种透光的环氧树脂(例如，一种透明或是有色的环氧树脂)、或是其它透光的树脂或聚合物，但并不限于此。在某些实施例中，该透光的模制材料125可具有一种颜料或是其它性质，其滤除(也即，吸收及/或反射)非所关注的某些波长的光，而容许所关注的波长的光通过。利用一种透光的材料125来填充该非成像光学聚光器120的一项益处是其避免例如是灰尘微粒的微粒进入到该非成像光学聚光器120并且不利地影响到下面的主动的光传感器区域106的灵敏度。利用该透光的材料125来填充该非成像光学聚光器120的另一项益处是其可以增加该最大的接受角度，即如同在以下参考图2D以额外的细节加以论述。在特定的实施例中，该透光的材料125的顶表面是与该非成像光学聚光器120被模制在其中的模制材料112的顶表面124齐平的。同样在一实施例的范畴内的是，该非成像光学聚光器120被填入多层不同类型的具有不同折射率的透光的材料，因而在该非成像光学聚光器120内的透光的材料是相对该滤光片107额外或是替代地执行至少某种滤光。

在该非成像光学聚光器120是一CPC的情形中，照射度(W/m2)将会乘以(聚集)该入口孔相对出口孔的面积比例。图2A描绘一范例的CPC轮廓的几何。该CPC轮廓被设计成使得以该最大的接受角度±θmax进入该入口孔126的光线将会通过拋物线的焦点，该焦点将会构成该出口孔128的边缘，即如在图2A中所绘。该三维的CPC是通过绕着聚光器的轴，而非拋物线轴旋转该拋物线轮廓来加以形成，即如在图2A中所绘。图2B进一步描绘此点，其展示许多光线以该最大的接受角度进入该CPC的入口孔126，并且被导引至该出口孔128的边缘。以小于该最大的接受角度(θmax)入射在该入口孔126的光线将会更朝向该孔的中心而从该出口孔128冒出。如同在图2C中所示，尽管是较复杂的，但是该CPC的操作在三维上是实质相同的。在图2C中，一光线被展示几乎成切线地进入该入口孔126，并且在该出口孔128冒出之前，于该CPC的内部各处反射许多次。

用于一CPC的设计的定义的方程式是在以下被提供。若该最大的接受角度是θmax，并且该出口孔的直径是2α'，则该拋物线的焦距(f)是通过以下得出

$f=\frac{{\mathrm{\α}}^{\′}}{1+{\mathrm{sin\θ}}_{\max }}$ 整体长度是

$L=\frac{{\mathrm{\α}}^{\′}(1+{\mathrm{sin\θ}}_{max}){\mathrm{cos\θ}}_{max}}{{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_{max}}$

并且，该入口孔的直径是

$2\mathrm{\α}=\frac{2{\mathrm{\α}}^{\′}}{{\mathrm{sin\θ}}_{\max }}$

在一特定的实施例中，界定该FOV的最大的接受角度(θmax)被选择为22.7761°，并且该出口孔直径(2α')是被选择为0.2mm。从以上的方程式，该入口孔直径(2α)是0.5166nun，并且该长度(L)是0.8534mm。该入口孔123与该出口孔128的面积比例是6.6719，其在此例子中是用于该CPC的聚光因子。

在该内部体积124被填入该透光的材料125的情形中，用于该CPC组件的实际的外部最大的接受角度(θ'max)将会是以上所解说的最大的接受角度(θmax)乘以该透光的材料124(例如，一种透明的环氧树脂材料)的折射率，例如1.5367。因此，在此例子中，用于该CPC组件的FOV将会是±35°。换言之，利用一种具有大于一(也即，>1)的折射率的透光的材料125来填充该内部体积124增加该最大的接受角度从θmax到θ'max，即如在图2D中所绘。

该非成像光学聚光器120的使用是使得该主动的光传感器区域106以及整个封装在尺寸上能够加以缩减。例如，为了达成一预设的灵敏度，该非成像光学聚光器120的使用是使得该主动的光传感器区域106能够被缩减成为若未使用非成像光学聚光器(以及明确地说是一CPC)时将会需要的面积的大约三分之一。

若该主动的光传感器区域106的面积远大于出口孔128的面积，则该主动的光传感器区域106的一大的面积将会被浪费掉，因为其将不会响应于入射的光。若该主动的光传感器区域106的面积小于该出口孔128的面积，则某些到达该出口孔128的光将不会入射在该主动的光传感器区域106上。于是，在某些实施例中，该出口孔128的面积是实质等于或小于该主动的光传感器区域106的面积，因而实质全部到达该出口孔128的光都被导引朝向该主动的光传感器区域106。在特定的实施例中，该出口孔128的面积以及该主动的光传感器区域106的面积是在彼此的20％之内。例如，该主动的光传感器区域106的面积是在该出口孔128的面积的100％到120％的范围内。

由于该非成像光学聚光器120的外部体积并不贡献到该光传感器的照射度，因此该模制材料112并不需要是一种透光的光学等级的材料。确实，该模制材料112可以是完全不透明的。该模制材料112是不透明的一项益处是在下面的主动的光传感器区域106仅响应于已经透过该入口孔126进入该非成像光学聚光器120的光。

根据本发明的特定实施例，该PLDSD 102是供使用作为一环境光传感器(ALS)，并且因此可以替代地被称为一ALS。当使用作为一ALS时，因为内含该非成像光学聚光器120，所以该PLDSD 102的主动的光传感器区域106的面积相较于习知的封装可被缩减超过2比l，然而在该主动的光传感器区域上的平均照射度可以增大几乎5比l，并且波峰照射度可以增大超过10比1。或者是，该PLDSD 102可以和一光源一起被利用，以作为一光学近场传感器(OPS)的部分。

图3A展示根据另一实施例的一种PLDSD的立体图。图3B展示图3A的PLDSD沿着线B-B的横截面图。在此实施例中，一光侦测器晶粒304包含两个主动的光传感器区域306及336，其中一个是供使用作为一ALS，而另一个是用于和一光源使用作为一OPS的部分。为了在此的讨论，将会假设该主动的光传感器区域306是用于一ALS，并且该主动的光传感器区域336是供使用作为一OPS的部分。该光侦测器晶粒304被囊封在一种模制材料312内，该模制材料312可以是一种不透明的模制材料，例如但不限于一种黑色环氧树脂或是其它不透明的树脂或聚合物。

每一个被用来产生一指出个别侦测到的光的大小的对应的电流或电压的主动的光传感器区域306、336包含一或多个光侦测组件，该些光侦测组件的例子是在以上叙述。该主动的光传感器区域306是选配地被一滤光片307所覆盖，该滤光片307吸收及/或反射在该可见光谱之外的波长，其包含但不限于IR光。该主动的光传感器区域336是选配地被一滤光片337所覆盖，该滤光片337被设计以吸收及/或反射除了IR光之外的波长的光，在此情形中，该滤光片337可被设计以吸收及/或反射在该可见光谱内的光。

该光侦测器晶粒304包含通过接合线310而连接至导线架指状部308(其可以更大致上被称为封装接点308)的晶粒接点305。该光侦测器晶粒304也可包含放大器电路、滤波器电路及/或其它类型的信号处理电路。

该PLDSD 302包含一顶表面314、一底表面318以及一延伸在该顶表面314及底表面318之间的外围表面316。在此例子中，该PLDSD 302的顶表面314是通过该模制材料312的一顶表面来加以形成，并且该外围表面316是通过该模制材料312的四个侧边来加以形成。例如，该封装接点308可以是导电区、导电垫、导电球、导电接脚或线，但并不限于此。在此例子中，该PLDSD 302包含六个封装接点308以及该晶粒附接焊盘309在该底表面318上的一露出的部分，然而该PLDSD 302可包含大于或小于六个电连接器。替代或额外的是，该晶粒附接焊盘309可以是一用于该PLDSD 302的接地面。根据一实施例，该PLDSD 302是一平坦无引线的封装。根据一特定的实施例，该些封装接点308是构成一基板栅格数组。

该PLDSD 302被展示为包含一收集且聚集用于该主动的光传感器区域306的光的第一非成像光学聚光器320、以及一收集且聚集用于该主动的光传感器区域336的光的第二非成像光学聚光器340。在图3A及3B中，该非成像光学聚光器320、340的每一个被展示为一CPC，但替代的是其可以是另一类型的非成像光学聚光器，例如一CEC或CHS。使用两种不同类型的非成像光学聚光器也是可行的，例如该非成像光学聚光器320可以是一圆形的CPC，而该非成像光学聚光器340可以是一方形CEC。在某些实施例中，一种反射的材料323被设置在该非成像光学聚光器320的一内表面322上，并且一种反射的材料343被设置在该非成像光学聚光器340的一内表面342上。反射的材料的范例类型是在以上参考图1A及1B被论述。该非成像光学聚光器320包含一入口孔326以及一出口孔328。类似地，该非成像光学聚光器340包含一入口孔346以及一出口孔348。该非成像光学聚光器320的一内部体积324(其也可被称为一凹处)可以是中空的、或者是可被填入一种透光的材料325。类似地，该非成像光学聚光器340的一内部体积344可以是中空的、或者是可被填入一种透光的材料345。透光的材料的范例类型是在以上参考图1A及1B被论述，即如同利用此种材料来填充一非成像光学聚光器的内部体积的益处。

图3C展示根据另一实施例的一种PLDSD 302'的立体图。图3D展示图3C的PLDSD沿着线D-D的横截面图。图3C及3D的PLDSD 302'是类似于参考图3A及3B所述的PLDSD 302，除了一凹处350加入在该模制材料312中之外，该凹处350使得在该凹处350之下的一非成像光学聚光器320'能够具有一比不具有该凹处350的非成像光学聚光器340短的长度。例如，该凹处350使得该使用作为一ALS的部分的非成像光学聚光器320'能够在长度上比该使用作为一OLS的部分的非成像光学聚光器340短。更一般而言，该凹处350使得单一PLDSD能够包含具有不同长度的非成像光学聚光器。

图3E展示根据另一实施例的一种PLDSD 302”的立体图。图3F展示图3E的PLDSD沿着线F-F的横截面图。图3E及3F的PLDSD 302”是类似于参考图3A及3B所述的PLDSD 302，除了一光导引挡板360被加入在该模制材料312中之外，该光导引挡板360使得用于该些非成像光学聚光器中之一(标示为340”)在一被使用作为该OPS的部分的光源301(例如，一IRLED)的方向上的FOV能够增大。更一般而言，一光导引挡板360可被利用来增大用于一非成像光学聚光器的FOV。单一PLDSD包含一凹处(相同或类似于该凹处350)以及一光导引挡板(相同或类似于该光导引挡板360)两者也是在一实施例的范畴内。例如，一凹处可被设置在聚集光以用于一主动的光传感器区域的使用作为一ALS的非成像光学聚光器之上，并且一光导引挡板可以和聚集光以用于一主动的光传感器区域的使用作为一OPS的部分的非成像光学聚光器一起被利用。

在以上的说明以及先前叙述的图中，该些光侦测器晶粒104及304是被叙述且展示为附接至一导线架的晶粒焊盘。在替代的实施例中，晶粒104及304的底表面的部分可以直接附接至一不具有晶粒焊盘的导线架的引线指状部的顶表面的部分，即如同引线上芯片(CoL)的封装的情形。在其它实施例中，该些光侦测器晶粒104及304的底表面可以直接附接至一印刷电路板(PCB)的顶表面，即如同PCB上芯片的封装的情形。换言之，该些晶粒104及304的底表面可以附接至各种类型的封装基板的顶表面，其包含导线架(其可包含或是可不包含晶粒焊盘)及PCB，但并不限于此。在所有的此种实施例中，引线接合可被利用来将(该些晶粒104及304的)晶粒接点电连接至(该封装基板的)封装接点，其中该些封装接点被用来电连接所产生的PLDSD至外部的电路。穿硅贯孔(TSV)可被利用来取代引线接合、或是额外地加以利用。在另一实施例中，该主动的传感器区域可被设置在一晶粒的背面上，并且覆晶接合技术可被利用来电连接晶粒接点至封装接点。

图4是被用来总结根据各种实施例的用于制造PLDSD的方法的高阶流程图。参照图4，在步骤402，多个光侦测器晶粒(例如，104或304)的每一个是附接至一封装基板。此可通过利用一黏着剂来附接该些晶粒的底表面至一导线架的晶粒焊盘来加以达成。或者是，该些晶粒的底表面可以直接附接至导线架指状部的顶表面的部分。在另外其它的实施例中，晶粒的底表面可以附接至一PCB。

在步骤404，该些光侦测器晶粒(并且更明确地说，该些晶粒的接点)是电连接至该封装基板的封装接点。例如，该封装基板的封装接点可以是一导线架的导线架指状部、或是一PCB的引线焊垫，但并不限于此。如同以上所解说的，步骤404可利用引线接合来加以执行。或者是，TSV可被利用来取代引线接合。在另一实施例中，该主动的传感器区域可被设置在一晶粒的背面上，并且覆晶接合技术可被利用来电连接晶粒接点至封装接点。

在步骤406，模制被执行以从一种模制材料(例如，112、312)以模制用于该多个光侦测器晶粒的每个主动的光传感器区域之一或多个非成像光学聚光器(例如，120、320、320'、340、340”)。如上所述，每个非成像光学聚光器包含彼此轴向地对准并且与下面的光侦测器晶粒的一主动的光传感器区域轴向地对准的一入口孔及一出口孔。在特定的实施例中，在步骤406所用的模制材料是一种不透明的模制材料，例如但不限于，一种黑色环氧树脂、或是其它不透明的树脂或聚合物。除了被用来形成该些非成像光学聚光器之外，该模制材料也囊封该些光侦测器晶粒的上表面延伸超出该些非成像光学聚光器的出口孔的部分。在步骤406，上述的凹处(例如，350)及/或光导引挡板(例如，360)也可加以模制。根据特定的实施例，转移模制是在步骤406被执行。在替代的实施例中，其它类型的模制技术也可被利用，其包含但不限于压缩模制、浇铸以及射出成型。

在步骤408，该些模制的非成像光学聚光器的内表面例如是利用一种氩-氧电浆蚀刻而使其粗糙，因而一种反射的材料(在步骤414沉积的)将会附着至该内表面。

在步骤410，一牺牲光阻沉积在从步骤406所产生的模制结构的上表面的表面上以及在该些非成像光学聚光器的出口孔之内，因而该牺牲光阻覆盖该些主动的传感器区域、或是滤光片覆盖该些主动的传感器区域。此牺牲光阻被用来使得过多的反射的材料(在步骤414沉积的)能够在一稍后的步骤(在步骤416)加以移除。

在步骤412，该些非成像光学聚光器的内表面被电浆清洗，以移除碎片(其可能是残留自步骤408所执行的粗糙化)及/或移除过多的光阻(其可能是已在步骤410不慎地沉积在该些非成像光学聚光器的内表面上)。

在步骤414，一种反射的材料(例如，123、323、343)沉积在该些非成像光学聚光器的内表面上。如同在以上所提及，该反射的材料可以是一种例如是金、银、一种金合金或是一种银合金的反射的金属、或是一种例如是氟化镁的介电材料、或是其之一种组合，但并不限于此。

在步骤416，该牺牲光阻(在步骤410沉积的)是例如是利用一光阻剥离剂来加以移除。

在步骤418，一种透光的材料(例如，125、325、345)沉积在该些非成像光学聚光器的内部体积之内，藉此填充该些非成像光学聚光器的每一个的内部体积的至少一部分。如同在以上所提及，该透光的材料可以是一种透光的环氧树脂(例如，一种透明或是有色的环氧树脂)、或是其它的透光树脂或聚合物，但并不限于此。在特定的实施例中，在步骤416所沉积的透光的材料的一顶表面是与在步骤406被用来模制该些非成像光学聚光器的模制材料的顶表面齐平的。

在步骤420，该透光的材料是加以固化。例如，该透光的材料可以在一烘箱内被热固化，该烘箱被加热到一根据所使用的特定透光的材料而定的温度，例如在摄氏90到110度之间。其它固化该透光的材料的方式也可被利用，其包含但不限于利用紫外线(UV)辐射。

在步骤422，单粒化被执行，以藉此分开该封装基板及模制材料成为多个个别的PLDSD，多个PLDSD的每一个包含该些光侦测器晶粒中之一以及一或多个非成像光学聚光器，该非成像光学聚光器是至少部分地填入该透光的模制材料。范例之所产生的PLDSD包含上述的PLDSD 102、302、302'及302”。

在上述的实施例中，已经分割的晶粒被叙述为附接至一封装基板(在步骤402)，晶粒接点是电连接至该封装基板的封装接点(在步骤404)，并且非成像光学聚光器是在此之后加以模制(在步骤406)。在替代的实施例中，该些非成像光学聚光器可以就在一晶圆上加以模制，该晶圆并未被分割成为个别的晶粒直到该最后的单粒化被执行(在步骤422)为止。此种替代实施例提供一种全芯片尺寸的封装制程，其中TSV可被利用以提供在每个晶粒的一主动的侧边与每个晶粒的另一侧边之间的电连接。

图5是一种包含根据一实施例的一PLDSD的系统510的高阶的方块图。本发明的实施例的PLDSD可被利用在各种的系统中，其包含但不限于移动电话、平板计算机、个人数字助理、膝上型计算机、小型笔记本电脑、其它手持式装置以及非手持式装置。参照图5的系统510，例如，一PLDSD 502(例如，其可以是PLDSD 102、302、302'或302”中之一)可被利用以控制一子系统506(例如，一触控屏幕、显示器、背光、虚拟的滚轮、虚拟的小型键盘、导航台、等等)被致能或是禁能、及/或决定是否调整该子系统506(例如，和其相关的一亮度)。例如，在该PLDSD 502包含一主动的光传感器区域和一光源501(例如，一IR发光二极管)一起被使用作为一OPS的情形中，该PLDSD 502可被利用来侦测当一例如是人的手指的物体508正在接近，并且根据该侦测来致能(或禁能)该子系统506。例如，该PLDSD 502的一输出可被提供至一比较器及/或处理器504，该比较器及/或处理器504例如可以比较该PLDSD的输出与一或多个临界值，以判断该物体508是否在一其中该子系统506应该被致能(或禁能，此根据所要的而定)的范围内。多个临界值(例如，储存的数字值)可被利用，并且根据侦测到的物体508的接近，超过一个可能的响应可以发生。例如，若该物体508是在一第一接近范围内，则一第一响应可以发生，并且若该物体508是在一第二接近范围内，则一第二响应可以发生。范例的响应可包含开始或停止、或者是调整该子系统506。

替代或额外的是，该PLDSD 502可包含被使用作为一ALS的一主动的光传感器区域。例如，该PLDSD 502的一输出可被提供至该比较器及/或处理器504，该比较器及/或处理器504可以决定如何调整该子系统506(例如，一显示器或背光)的亮度。图5也展示一驱动器500可被利用以选择性地驱动该光源501的一或多个发光组件。

在图5中，该虚线512代表源自于该光源501、从一物体508被反射出并且通过该PLDSD 502的一主动的光传感器区域侦测到的光，该PLDSD 502是和该光源501一起被使用作为一OPS。在图5中，该虚线514代表通过该PLDSD 502的一主动的光传感器区域侦测到的环境光，该PLDSD 502被使用作为一ALS。如同在以上额外详细叙述的，根据特定的实施例，一或多个非成像光学聚光器可被利用来收集且聚集用于该PLDSD 502的一或多个主动的光传感器区域的光512及/或514。

本发明的实施例已经在以上藉助于基本功能方块来加以叙述，其描绘所指明的功能的效能及其关系。这些基本功能方块的边界已经常为了该说明的便利性而在此加以界定。替代的边界可加以界定，只要该些指明的功能及其关系是适当地加以执行即可。因此，任何此种替代的边界都在所主张的发明的范畴及精神内。

尽管本发明的各种实施例已经在以上叙述，但应了解的是该些实施例已经通过举例并且非限制性地加以提出。对于熟习相关技术者而言将会明显的是，各种在形式及细节上的改变可以在其中加以完成，而不脱离本发明的精神与范畴。

本发明的广度及范畴不应该受限于任何上述的范例实施例，而是应该仅根据以下的申请专利范围及其等同项来加以界定。

Claims (22)

1.一种经封装的光侦测器半导体装置，包括：

一光侦测器晶粒，其具有一包含一主动的光传感器区域的表面；

一非成像光学聚光器，其包含彼此轴向地对准并且和该主动的光传感器区域轴向地对准的一入口孔及一出口孔；以及

一模制材料，其形成该非成像光学聚光器并且囊封延伸超出该非成像光学聚光器的该出口孔的该光侦测器晶粒的该表面的至少一部分；

其中该非成像光学聚光器包括一复合抛物面聚光器、一复合椭圆面聚光器及一复合双曲面聚光器中的一个。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，

该主动的光传感器区域是相邻该非成像光学聚光器的该出口孔；以及

该非成像光学聚光器的该入口孔及该出口孔分开一轴向距离，其是实质等于在该入口孔以及该主动的光传感器区域之间的一轴向距离。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，

该非成像光学聚光器是适配于聚集来自该入口孔的光朝向该出口孔并且到该主动的光传感器区域之上。

4.根据权利要求3所述的装置，还包括：

在该主动的光传感器区域以及该非成像光学聚光器的该出口孔之间的一滤光片；

其中该滤光片是适配于在该光到达该主动的光传感器区域之前，对于至少一些波长的光进行吸收或反射中的至少一者。

5.根据权利要求1所述的装置，还包括：

设置在该非成像光学聚光器的一内表面上的一反射的材料。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，

形成该非成像光学聚光器并且囊封延伸超出该非成像光学聚光器的该出口孔的该光侦测器晶粒的该表面的至少一部分的该模制材料包括一不透明的模制材料；以及

其还包括填入该非成像光学聚光器的一内部体积的至少一部分的一透光的模制材料。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，该透光的模制材料填入该非成像光学聚光器的该内部体积，使得该不透明的模制材料的一顶表面以及该透光的模制材料的一顶表面是彼此实质齐平的。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，该非成像光学聚光器包括一复合抛物面聚光器CPC。

9.根据权利要求1所述的装置，还包括：

在该光侦测器晶粒上的晶粒接点；

在该光侦测器晶粒远程的封装接点；以及

将该光侦测器晶粒上的该些晶粒接点电连接至在该光侦测器晶粒远程的该些封装接点的接合线；

其中形成该非成像光学聚光器并且囊封超出该非成像光学聚光器的该出口孔的该光侦测器晶粒的该表面的部分的该模制材料也囊封该些晶粒接点、该些接合线以及该些封装接点的至少一部分。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，

该出口孔的一面积实质等于或小于该主动的光传感器区域的一面积，因而实质全部到达该出口孔的光被导引朝向该主动的光传感器区域。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，该出口孔的一面积以及该主动的光传感器区域的一面积是在彼此的20％之内。

12.根据权利要求1所述的装置，还包括：

一第二主动的光传感器区域；以及

一第二非成像光学聚光器，其包含彼此轴向地对准并且和该第二主动的光传感器区域轴向地对准的一第二入口孔以及一第二出口孔；

其中该光侦测器晶粒的该表面包含彼此间隔开的该主动的光传感器区域以及该第二主动的光传感器区域两者；

其中该模制材料形成该非成像光学聚光器以及该第二非成像光学聚光器两者，并且囊封延伸超出该非成像光学聚光器的该出口孔以及该第二非成像光学聚光器的该第二出口孔的该光侦测器晶粒的该表面的部分；以及

其中该些主动的光传感器区域中之一是用于作为一环境光传感器而使用，并且该些主动的光传感器区域中的另一个是用于作为一光学近场传感器的部分而使用。

13.一种用于制造一经封装的光侦测器半导体装置的方法，该经封装的光侦测器半导体装置包括具有一表面的一光侦测器晶粒，该表面包含一主动的光传感器区域，该方法包括：

a.从一模制材料模制一非成像光学聚光器，该非成像光学聚光器包含彼此轴向地对准并且和该主动的光传感器区域轴向地对准的一入口孔及一出口孔；

b.利用该模制材料以囊封延伸超出该非成像光学聚光器的该出口孔的该光侦测器晶粒的该表面的至少一部分；以及

c.在该非成像光学聚光器的一内表面上沉积一反射的材料。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，步骤a及b是同时加以执行。

15.根据权利要求13所述的方法，该非成像光学聚光器包括一复合抛物面聚光器、一复合椭圆面聚光器及一复合双曲面聚光器中的一者。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：

d.利用另一模制材料以填充该非成像光学聚光器的一内部体积的至少一部分，其中该另一模制材料是透光的。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，

该光侦测器晶粒的一表面也包含一第二主动的光传感器区域；

步骤a也包括从该模制材料来模制一第二非成像光学聚光器，该第二非成像光学聚光器包含彼此轴向地对准并且和该第二主动的光传感器区域轴向地对准的一第二入口孔以及一第二出口孔；以及

步骤b包含利用该模制材料以囊封延伸超出该非成像光学聚光器的该出口孔以及该第二非成像光学聚光器的该第二出口孔的该光侦测器晶粒的该表面的部分；以及

其中该些主动的光传感器区域中之一是用于作为一环境光传感器而使用，并且该些主动的光传感器区域中的另一个是用于作为一光学近场传感器的部分而使用。

18.一种用于制造多个经封装的光侦测器半导体装置的方法，该多个经封装的光侦测器半导体装置的每一个包括包含至少一主动的光传感器区域的一光侦测器晶粒，该方法包括：

a.附接多个该光侦测器晶粒的每一个至一封装基板；

b.电连接该些光侦测器晶粒至该封装基板的封装接点；

c.从一模制材料来模制用于该多个光侦测器晶粒的每个光侦测器晶粒的至少一非成像光学聚光器，其中每个非成像光学聚光器包含彼此轴向地对准并且和该些光侦测器晶粒中之一的一主动的光传感器区域轴向地对准的一入口孔及一出口孔；

d.在该些非成像光学聚光器的每一个的一内表面上沉积一反射的材料；

e.利用另一模制材料以填充该些非成像光学聚光器的每一个的一内部体积的至少一部分，其中该另一模制材料是透光的；以及

f.执行单粒化以藉此分开该封装基板及模制材料成为多个个别的经封装的光侦测器半导体装置，该多个个别的经封装的光侦测器半导体装置的每一个包括该些光侦测器晶粒中之一以及一对应的非成像光学聚光器，该对应的非成像光学聚光器是至少部分地填入透光的该另一模制材料。

19.一种包含经封装的光侦测器半导体装置的系统，该系统包括：

一经封装的光侦测器半导体装置，其被配置以产生指出侦测到的光的一输出信号；以及

一子系统，其根据通过该经封装的光侦测器半导体装置所产生的该输出信号而进行致能、禁能及调整中至少一个；

其中该经封装的光侦测器半导体装置包含：

具有一表面的一光侦测器晶粒，该表面包含一主动的光传感器区域；

一非成像光学聚光器，其包含彼此轴向地对准并且和该主动的光传感器区域轴向地对准的一入口孔及一出口孔；以及

一模制材料，其形成该非成像光学聚光器并且囊封延伸超出该非成像光学聚光器的该出口孔的该光侦测器晶粒的该表面的至少一部分。

20.根据权利要求19所述的系统，还包括：

一比较器及一处理器中至少一个，其被配置以

执行指出侦测到的光的该输出信号与一或多个临界值之一比较，以及根据该比较的结果以对该子系统进行致能、禁能及调整中至少一个。

21.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，该非成像光学聚光器包括一复合抛物面聚光器、一复合椭圆面聚光器及一复合双曲面聚光器中的一者。

22.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，该非成像光学聚光器包括设置在该非成像光学聚光器的一内表面上的一反射的材料。