CN105374812A - 数字辐射传感器封装件 - Google Patents

Abstract

一种数字辐射传感器封装件。一种辐射传感装置包括垂直层叠配置的辐射传感器芯片、位于辐射传感器芯片之下的集成电路芯片和位于辐射传感器芯片之上的光学元件。辐射传感器芯片包括辐射传感元件和与辐射传感元件耦合并暴露于下表面的导电触点。集成电路芯片包括集成电路以及耦合到集成电路并暴露于上表面的导电体。位于辐射传感元件下表面的导电触点与位于集成电路上表面的导电体物理地电耦合。光学元件被配置为以辐射传感元件能感应的波长传递入射辐射。

Description

数字辐射传感器封装件

技术领域

本发明涉及数字辐射传感器封装件，具体涉及包括层叠配置的辐射传感器芯片、位于辐射传感器芯片之下的集成电路芯片和位于辐射传感器芯片之上的光学元件的数字辐射传感器封装件。

背景技术

有各种辐射传感技术。例如，热电堆将热能转换成电能。一般而言，热电堆包括通常串联地连接在一起的若干个热电偶。作为另一示例，光电二极管将光能转换成电能。也有可用于辐射传感技术的各种封装设计。然而，仍需要紧凑型、高性能的封装设计。

发明内容

一方面，辐射传感装置包括垂直层叠配置的辐射传感器芯片、位于辐射传感器芯片之下的集成电路芯片和位于辐射传感器芯片之上的光学元件。辐射传感器芯片具有辐射传感元件和与辐射传感元件耦合并暴露于下表面的导电触点。集成电路芯片具有集成电路以及耦合到集成电路并暴露于上表面的导电体。位于辐射传感元件下表面的导电触点与位于集成电路上表面的导电体物理地电耦合。光学元件被配置为以辐射传感元件能感应的波长传递入射辐射。

另一方面，公开一种制造辐射传感装置的方法。该装置包括垂直层叠配置的集成电路芯片、辐射传感器芯片和光学元件。该方法包括提供辐射传感器芯片，该辐射传感器芯片包括辐射传感元件和与辐射传感元件耦合并暴露于辐射传感器芯片的下表面的导电触点。辐射传感器芯片耦合到位于辐射传感器芯片之下的集成电路芯片。所述集成电路芯片具有集成电路以及耦合到集成电路并暴露于集成电路的上表面的导电体，所述集成电路的上表面面向辐射传感器芯片的下表面。辐射传感器芯片耦合到位于辐射传感器芯片之上的光学元件。所述光学元件被配置为以所述辐射传感元件能感应的波长传递入射辐射物。将所述辐射传感器芯片耦合到集成电路芯片包括将位于所述辐射传感器芯片的下表面的导电触点物理地电耦合到位于所述集成电路的上表面的导电体。

在一些实现中，存在以下的一个或多个优点。

例如，在典型的实现中，这里所公开的技术和结构能提供简单的、小巧的、廉价的整体封装设计，该设计涉及提供高度的性能，尤其是与传统的表面安装技术设计相比。这些技术和结构可以有利地适用于各种应用，包括例如，移动电子平台，其中，体积和高度尤其重要，但仍然需要或者说至少格外期望高性能。

一些实现，例如使用热电堆的那些实现可以与软件结合使用，以有助于使用电话的用户的皮肤测量、周围温度的测量(例如，对象可以是冷的或热的)，以及基于人的接近的叫醒触发。一些实现，例如使用光电二极管的那些实现可以用于有助于感应微小姿态(例如，使用发光二极管照亮将被感应的区域)。多像素(例如，两个或四个)的使用可以有助于位置或方向的感测。

在典型的实现中，这里所公开的技术和结构有助于整体封装体积的小型化，而不用牺牲传感器的有源(感应)区(传感器的有源区极大地影响其灵敏度)，并且仍然允许在其芯片上有合理的区域用于专用集成电路，以便使得高端传感器信号处理算法能够运行在ASIC控制器电路中。

根据说明书和附图以及权利要求书，其它特征和优点将非常明显。

附图说明

图1A是辐射传感器组件的示意性侧视图。

图1B是图1A中辐射传感器组件的剖面平面图。

图2A是辐射传感器组件的示意性侧视图。

图2B是图2A中辐射传感器组件的剖面平面图。

图3A是辐射传感器组件的示意性侧视图。

图3B是图3A中辐射传感器组件的剖面平面图。

图4A是辐射传感器组件的示意性侧视图。

图4B是图4A中辐射传感器组件的剖面平面图。

图5A是辐射传感器组件的示意性侧视图。

图5B是图5A中辐射传感器组件的剖面平面图。

图6A是辐射传感器组件的示意性侧视图。

图6B是图6A中辐射传感器组件的剖面平面图。

图7A是辐射传感器组件的示意性侧视图。

图7B是图7A中辐射传感器组件的剖面平面图。

图8A是辐射传感器组件的示意性侧视图。

图8B是图8A中辐射传感器组件的剖面平面图。

图9是一系列示意性横截面图，示出制造的各个阶段的辐射传感装置。

图10是一系列示意性横截面图，示出制造的各个阶段的辐射传感装置。

图11是一系列示意性横截面图，示出制造的各个阶段的辐射传感装置。

图12是一系列示意性横截面图，示出制造的各个阶段的辐射传感装置。

图13是一系列示意性横截面图，示出制造的各个阶段的辐射传感装置。

图14是以毫米级尺寸示出的示例性集成电路的示意性横截面图。

相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

图1A示出辐射传感器组件100，其包括层叠配置的辐射传感器芯片102(例如，包括单个热电堆的辐射传感器芯片)、位于辐射传感器芯片102之下的集成电路芯片104和位于辐射传感器芯片102之上的光学元件106。在所示的实现中，辐射传感器芯片102、集成电路芯片104和光学元件106基本上沿垂直方向彼此对齐。具体而言，辐射传感器芯片102与集成电路芯片104对齐，以有助于层叠配置中那些部件之间的直接电连接。此外，辐射传感器芯片102与光学元件106对齐，以确保辐射传感元件相对于组件100的光轴恰当地定位以保证合适的感应功能。在所示的特定示例中，所图示部件的各个外边缘也彼此对齐。

在典型的实现中，该层叠配置以及其它层叠配置(例如在本文的其它地方所描述的配置)提供了简单的、小巧的、价廉的传感器组件设计。此外，在典型的实现中，传感器设计提供了高度的性能，部分地由于大的表面区域可用于容纳辐射传感元件，和/或部分地由于大量空间可用于容纳集成电路，而由于有大量空间，集成电路能被设计成支持复杂信号处理和接口功能。

此外，在典型的实现中，本文公开的概念提供了低高度封装的、全部数字输出的、红外或近红外的传感器。在典型的实现中，例如，图1A中的高度(h)或整个封装件的厚度约为1.0毫米(例如，大约0.6mm与1.4mm之间，或者大约0.9mm与1.1mm之间)。可以选择在传感器中包括多个传感元件(例如，两个、三个、四个或更多)，以方便手势、移动、温度和接近度测量。该技术在移动电子平台尤其需要，其中，体积和高度尤其重要，但仍然需要高级的性能。

辐射传感器芯片102设置在集成电路芯片104和光学元件106之间的中央。辐射传感器芯片102能够感应辐射并将表示感应到的辐射的电信号传送给集成电路芯片104。

辐射传感器芯片102具有基底108和膜112，基底108界定置于中央的开口110，该开口110延伸穿过基底108的部分，膜112在开口110的底部延伸横跨置于中央的开口110。开口的尺寸通常要最大化传感器区域(即，开口底部的区域，在该区域辐射传感元件接收辐射)。在一些实现中，传感器组件100的总长度(图中的L)约为1.0mm(例如，大约0.8mm与1.6mm之间)，开口110的宽度约为0.7mm(例如，大约0.5mm与1.3mm之间，或者大约0.6mm与0.8mm之间)。

辐射传感器芯片102的基底108实质上可以是任何类型的材料。通常，基底应该是这样的材料：能够在基底108的较厚壁部分116提供适当程度的结构硬度，也能为位于基底108的薄膜112部分的底表面上的辐射传感元件114提供某种程度的热隔绝。在一些实现中，辐射传感器芯片102的基底108是硅。膜应该至少能够实质上对辐射传感元件114可感应的任何波长的辐射进行透传。例如，如果辐射传感元件是红外传感器，那么可感应的辐射可以包括波长从大约700纳米到大约1000微米的辐射。例如，如果辐射传感元件是光电二极管，那么可感应的辐射可以为从大约0.2微米到大约3.5微米的辐射。

辐射传感元件114位于膜112的底表面上。辐射传感元件114实质上可以是任何种类的辐射传感元件。例如，在一些实现中，辐射传感元件114是热电堆。总的来说，热电堆是将热能转换成电能的电子器件。它一般由若干个通常串联地或者偶尔并联地电连接的热电偶构成，以便产生单个直流(DC)输出。作为另一示例，在一些实现中，辐射传感元件114是光电二极管。总的来说，光电二极管是一种半导体二极管，当其暴露于光线中时产生电势差，或电阻抗改变。在一些实现中，辐射传感元件114包括多个彼此串联和/或并联连接在一起的热电堆、光电二极管等。在一些实现中，可以有额外的红外吸收层，其整体地包括在有源传感元件114之下(未示出)。该吸收层会吸收进入光学元件106、穿过膜118和传感元件114的红外辐射。被吸收的辐射会使传感元件114的温度升高，因此会引起与进入的辐射相关的输出信号。

在图示的实现中，辐射传感元件114被配置成产生输出电压，该电压对应于辐射传感元件114感应到的辐射量。辐射传感元件114电耦合到一对位于辐射传感器芯片102的底表面处、面向集成电路芯片104的导电输出触点118。每个导电输出触点118靠近基底108底表面的外边缘。在操作过程中，来自辐射传感元件的输出电压穿过导电输出触点118。

在典型的实现中，辐射传感器芯片102的总厚度(即，在图示的示例中，从上到下)大约为0.4毫米(例如，从大约0.3mm到大约0.5mm，或者从大约0.35mm到大约0.45mm)。

集成电路芯片104位于辐射传感器芯片102之下，集成电路芯片104能处理它从辐射传感器芯片102接收到的电信号，并与外部电路(未示出)接口。

集成电路芯片104具有基底120。集成电路芯片104的基底120实质上可以是任何类型的材料。典型地，基底120应该是能对集成电路芯片104提供足够程度的结构刚性的材料。基底120也应该是适于对集成电路提供某种程度的保护的材料。在典型的实现中，集成电路芯片104的基底120是硅。

集成电路芯片104的基底120在其面向辐射传感器芯片102的上表面中界定了内腔122。内腔122被配置成：当集成电路芯片104物理地耦合到辐射传感器芯片102时，例如，如图1A所示，内腔122在辐射传感元件114之下(至少一部分)提供架空区。该架空区有助于确保辐射传感元件114被足够地热隔离，以促进其感应功能。

集成电路(未示出)在内部或物理地耦合到基底120。集成电路实质上可以是任何种类的集成电路(例如，基于CMOS的电路)，并可以例如被调整以有助于处理来自辐射传感器芯片102的电信号和/或提供与外部电路部件(未示出)的接口。集成电路可以是专用集成电路(ASIC)。总地来说，ASIC是为特定用途定制而不是用于通用目的的集成电路。

硅穿孔124穿过集成电路芯片104的基底120。每个硅穿孔的上端126暴露于基底120的上表面并(例如，通过焊接等)结合到辐射传感器芯片102底表面上的导电触点118之一。硅穿孔电耦合到集成电路，其在内部或耦合到集成电路芯片104的基底120。在典型的实现中，集成电路芯片104具有每像素(即，每辐射传感元件)两个硅穿孔。

在集成电路芯片104的底表面有电连接128。在典型的实现中，这些电连接128物理地电连接(例如，通过焊接等)到印刷电路板(未示出)上相应的电触点。集成电路芯片104能通过电连接128与(例如，印刷电路板上的或其它地方的)外部电路接口。电连接128可以实质上是任何类型的电连接(例如，焊接凸点之类的)。在图示的示例中，传感器组件100的差不多整个底表面均能专用于连接128。

在典型的实现中，集成电路芯片104的总厚度(即，图示的示例中从上到下)大约为0.3mm(例如，从大约0.2mm到大约0.4mm，或从大约0.25mm到大约0.35mm)。

光学元件106位于辐射传感器芯片102之上。光学元件几乎可以是任何至少能够实质上对辐射传感元件114可感应的任何波长的辐射进行透传的材料。例如，在各种实现中，光学元件可以是或包括透镜(例如，菲涅尔透镜或圆顶透镜)，可以包括光学滤波能力，它能包括或具有开口，可以是涂覆的或不涂覆的，可以包括具有一个或多个孔的盖子。它可以由硅或任何其它适当的材料制成。

在典型的实现中，光学元件106的总厚度(即，图示示例中从上倒下)大约是0.2mm到0.3mm。

图1B是图1A中传感器组件的示意性剖面平面图，示出像素(即，辐射传感元件所占用的空间)相对于传感器组件100的整个区域的相对尺寸和布局。

在典型的实现中，传感器组件100的整个区域是方形的或矩形的，每条边在大约1.0毫米与1.6毫米之间。在一些实例中，边长可以小于1.0毫米。

在操作过程中，辐射(例如，环境红外辐射或近红外辐射等)通过光学元件106进入传感器组件100，穿过辐射传感器芯片102的开口110，穿过辐射传感器芯片102的膜112，并冲击膜112底侧上的辐射传感元件和吸收体114。

辐射传感元件和吸收体114响应冲击辐射，产生表示冲击辐射的电输出信号。电输出信号穿过辐射传感器芯片102底部的导电输出触点，并通过硅穿孔124传递给集成电路芯片104中的集成电路。

在典型的实现中，集成电路芯片104中的集成电路处理它接收到的任何信号，并通过其底表面上的电连接128与印刷电路板接口，以及通过连接128与印刷电路板或其它地方上的外部电路元件接口。

图1A和1B表示的实现(即，具有单个辐射传感元件，没有孔)提供了辐射传感元件传感器的较大视场，并可以用在各种应用中，包括例如，监测区域中对象的温度测量(例如，人脸或其它身体部位)。

图2A示出辐射传感器组件200，其在许多方面都类似于图1A所示的辐射传感器组件100。例如，图2A中的辐射传感器组件200包括层叠配置的辐射传感器芯片102、位于辐射传感器芯片102之下的集成电路芯片104和位于辐射传感器芯片102之上的光学元件206。此外，辐射传感器芯片102、集成电路芯片104和光学元件206基本上沿垂直方向彼此对齐。在图示的实现中，它们的各个外边缘也对齐。

图2A中的辐射传感器组件200与图1A中的辐射传感器组件100之间的主要区别是图2A中的辐射传感器组件200的光学元件206有界定孔232的盖子230。在典型的实现中，盖子230由这样的材料制成：阻挡或至少实际上阻挡辐射传感元件能感应到的辐射的穿过。盖子中的孔232提供了对辐射传感器组件200所监测空间的有限视场。

图2B是图2A中传感器组件200的示意性剖面平面图，示出像素(即，辐射传感元件所占用的空间)相对于传感器组件200的整个区域的相对尺寸和布局。

图3A示出辐射传感器组件300，其在许多方面都类似于图2A所示的辐射传感器组件200。例如，图3A中的辐射传感器组件300包括层叠配置的辐射传感器芯片302、位于辐射传感器芯片302之下的集成电路芯片304和位于辐射传感器芯片302之上的光学元件206。辐射传感器芯片302、集成电路芯片304和光学元件206基本上沿垂直方向彼此对齐，以便例如它们的各个外边缘也对齐。此外，光学元件206有界定孔232的盖子230。

图3A中的辐射传感器组件300与图2A中的辐射传感器组件200之间的主要区别是图3A中的辐射传感器组件300的辐射传感芯片302具有两个辐射传感元件314a、314b(例如，两个热电堆，或者说是两个“像素”)，而不是只有一个。两个像素并排位于膜112的下表面上，并且每个与另一个都占用膜112上大约相同量的空间。

所图示的配置(具有两个像素和孔)使得每个像素“查看”所监测空间的不同部分。特别是，在操作过程中，像素314a“查看”所监测空间标记为“A”的部分，而像素314b“查看”所监测空间标记为“B”的部分。在典型的实现中，辐射传感器组件(例如，辐射传感器芯片中的集成电路)可以配置为识别和对区域“A”与区域“B”之间的移动(例如，代表各种手势等)进行反应。

在图3A的辐射传感器组件300的一些实现中，辐射传感器芯片302具有每像素两个导电触点(总共四个导电触点)，并且集成电路芯片304也具有每像素两个暴露的导电体(总共四个暴露的导电体)。如所装配的，辐射传感器芯片302上的四个导电触点中的每个与集成电路芯片304上的四个暴露的导电体中的相应一个对齐(并物理地电连接)。

图3B是图3A中传感器组件300的示意性剖面平面图，示出两个像素(即，两个辐射传感元件所占用的空间)相对于传感器组件300的整个区域的相对尺寸和布局。

图4A和4B示出辐射传感器组件400，其在许多方面都类似于图3A和3B所示的辐射传感器组件300，除了图4A和4B中的辐射传感器组件400具有四个像素414a-414d(例如，四个热电堆)，而不是只有两个。四个像素414a-414d排成2×2的阵列，每个像素都与其它像素具有大约相同的尺寸。

所图示的配置(具有四个像素和孔)使得每个像素“查看”所监测空间的不同部分。特别是，在操作过程中，像素414a“查看”所监测空间标记为“A”的部分，像素414b“查看”所监测空间标记为“B”的部分，像素414c“查看”所监测空间标记为“C”的部分，而像素414d“查看”所监测空间标记为“D”的部分。在典型的实现中，辐射传感器组件400(例如，辐射传感器芯片中的集成电路)可以配置为识别和对区域A-D之间的移动(例如，代表各种手势等)进行反应。此外，在一些实现中，辐射传感器组件400能够评估移动的速度和方向。

在图4A和4B中辐射传感器组件400的一些实现中，辐射传感器芯片402具有每像素两个导电触点(总共八个导电触点)，并且集成电路芯片404也具有每像素两个暴露的导电体(总共八个暴露的导电体)。如所装配的，辐射传感器芯片402上的八个导电触点中的每个与集成电路芯片404上的八个暴露的导电体中的相应一个对齐(并物理地电连接)。

图4B是图4A中传感器组件400的示意性剖面平面图，示出四个像素(即，四个辐射传感元件所占用的空间)相对于传感器组件400的整个区域的相对尺寸和布局。

图5A示出辐射传感器组件500，其在许多方面都类似于图1A所示的辐射传感器组件100，除了图5A中的辐射传感器组件500的辐射传感器芯片502的基底508是长方体(即，具有彼此成直角的六个矩形面)。在一些实现中，辐射传感器芯片502(和/或光学元件106)可以由将能到达辐射传感元件514的辐射限制(或被染色以便能够限制)到仅在一定波长范围的材料制成，这种波长范围通常包括辐射传感元件被配置为能感应的任何波长。此外，在典型的实现中，基底508底表面的辐射传感元件514是光电二极管。

图5B是图5A中传感器组件的示意性剖面平面图，示出像素(即，辐射传感元件所占用的空间)相对于传感器组件500的整个区域的相对尺寸和布局。

图6A示出辐射传感器组件600，其在许多方面都类似于图5A所示的辐射传感器组件500，除了图6A中辐射传感器组件600的光学元件606不被配置成限制能够穿过它的辐射的波长。所图示设计的典型实现提供了用于光测量的较大视场，其中，光测量可以例如用于感测存在。

图6B是图6A中传感器组件600的示意性剖面平面图，示出像素(即，辐射传感元件所占用的空间)相对于传感器组件600的整个区域的相对尺寸和布局。

图7A示出辐射传感器组件700，其在许多方面都类似于图6A所示的辐射传感器组件600，除了图7A中的辐射传感器组件700具有两个像素(而不是只有一个)，并且图7A中的辐射传感器组件700具有盖子730，其界定使得辐射仅穿过光学元件706的某些部分的孔732。

两个像素在辐射传感器芯片702的基底508的下表面上并排，并且每个像素所占用的基底508上的空间量都与另一个大概相同。

所图示的配置(具有两个像素和孔)使得每个像素“查看”所监测空间的不同部分。特别是，在操作过程中，像素714a“查看”所监测空间标记为“A”的部分，而像素714b“查看”所监测空间标记为“B”的部分。在典型的实现中，辐射传感器组件(例如，辐射传感器芯片中的集成电路)可以配置为识别和对区域“A”与区域“B”之间的移动(例如，代表各种手势等)进行反应。

在一些实现中，辐射传感器芯片702具有每像素两个导电触点(总共四个导电触点)，并且集成电路芯片104也具有每像素两个暴露的导电体(总共四个暴露的导电体)，用于连接到辐射传感器芯片触点。如所装配的，辐射传感器芯片702上的四个导电触点中的每个与集成电路芯片104上的四个暴露的导电体中的相应一个对齐(并物理地电连接)。

图7B是图7A中传感器组件700的示意性剖面平面图，示出两个像素(即，两个辐射传感元件所占用的空间)相对于传感器组件700的整个区域的相对尺寸和布局。

图8A和8B示出辐射传感器组件800，其在许多方面都类似于图7A和7B所示的辐射传感器组件700。然而，图8A和8B中的辐射传感器组件800的辐射传感器芯片802具有四个像素814a-814d(例如，四个光电二极管)，而不是只有两个。四个像素814a-814d排成2×2的阵列，每个像素都与其它像素具有大约相同的尺寸。辐射传感器芯片802和集成电路芯片804具有足够的导电通路来容纳额外的像素。

图9是一系列示意性横截面图，示出根据一个示例性的制造过程在制造的各个阶段的辐射传感装置。如所示的，示例性的制造过程制得辐射传感装置900，其包括垂直层叠配置的集成电路芯片904、辐射传感器芯片902(具有例如热电堆914)和光学元件906。

示例性的过程包括在步骤952提供辐射传感器芯片902。辐射传感器芯片902在许多方面类似于针对图1A和1B所描述和所示出的辐射传感器芯片102。例如，辐射传感器芯片902具有辐射传感元件，其未示出在图9中，但会位于辐射传感器芯片902的上表面上，辐射传感器芯片902还具有一对导电触点918(例如，垫)，其耦合到辐射传感元件，并暴露在辐射传感器芯片902的外部上表面。此外，辐射传感器芯片902具有基底908，其界定置于中央的开口910和膜912，开口910延伸穿过基底908的一部分，膜912在开口910的顶部延伸横跨置于中央的开口910。辐射传感器芯片902在膜912中也具有切口或孔，其有助于避免制造和/或操作过程中的压力问题。

接下来，该示例性的方法包括将辐射传感器芯片902耦合到集成电路芯片904。集成电路芯片904在许多方面类似于针对图1A和1B所描述和所示出的集成电路芯片104。特别是，集成电路芯片904具有集成电路和一对导电体924，导电体924耦合到集成电路，并暴露在集成电路芯片904的面向辐射传感器芯片902的外表面的外部下表面。

根据图示的方法，在步骤952，粘结材料(例如，焊接凸点919、银导电胶点(silverepoxydot)等)沉积在辐射传感器芯片902上的每个导电触点918上。在一些实现中，第二组银导电胶点也可以沉积在辐射传感器芯片902的导电触点918上。

接下来，在步骤954，集成电路芯片904如所示位于辐射传感器芯片902的顶部，集成电路芯片904上的每个导电体924的下暴露部分与一个焊接凸点919物理接触，其中，焊接凸点919沉积在辐射传感器芯片902的导电触点918上。

在步骤956，集成电路芯片904的底表面(其中暴露有硅穿孔)与辐射传感器芯片902最近的上表面之间的空间填充有环氧树脂921(例如，紫外线或热固化环氧树脂)。在典型的实现中，环氧树脂是非导电的。使用时，通过将环氧树脂暴露在紫外线辐射或高温下固化，这将导致辐射传感器芯片902和集成电路芯片904彼此物理地电耦合。

接下来，在步骤958，组合在一起的辐射传感器芯片902和集成电路芯片904放置于光学元件晶圆923的顶部，环氧树脂滴925(例如，紫外线或热固化环氧树脂)置于其间。更具体的，组合在一起的辐射传感器芯片902和集成电路芯片904被放置成使得辐射传感器芯片902的下表面与光学元件晶圆923物理地结合(通过环氧树脂)。一旦组合在一起的辐射传感器芯片902和集成电路芯片904恰当地放置在光学元件晶圆923之上的环氧树脂滴925上，环氧树脂滴925就被固化。

在步骤960，切割晶圆以形成辐射传感装置900，其包括垂直层叠配置的辐射传感器芯片902、辐射传感器芯片第一侧上的集成电路芯片904和辐射传感器芯片第二侧(与第一侧相反)上的光学元件906。如所示，在最终的组件900中，辐射传感器芯片902、集成电路芯片904和光学元件906垂直对齐，以便辐射传感器芯片的每一侧边缘与集成电路芯片对应侧的边缘和光学元件对应侧的边缘对齐。

在典型的实现中，光学元件晶圆923(在步骤958中示出)具有光学元件阵列，每个光学元件可以是或包括透镜(例如，菲涅尔透镜或圆顶透镜)，可以包括光学滤波能力，可以是涂覆的或不涂覆的，可以包括具有一个或多个孔的盖子。它可以由硅或任何其它适当的材料制成。因此，所图示方法的典型实现中，多个组合的辐射传感器芯片902和集成电路芯片904子组件可以结合在一个单独的光学元件晶圆923上，随后进行切割。

最终的辐射传感装置900(以及来自同一晶圆的其它辐射传感装置)可以在晶圆被切割之前(例如，在步骤958)或晶圆切割之后(例如，在步骤960之后)被测试。

图10是一系列横截面图，示出根据一个示例性的制造过程在制造的各个阶段的辐射传感装置1000。图10所代表的过程类似于图9所代表的过程，除了图10中的辐射传感器芯片1002具有光电二极管1014，而不是热电堆914。在图10中，步骤1052-1060分别对应于图9中的步骤952-960。最终的结构1000示出在步骤1060。

图11是一系列横截面图，示出根据一个示例性的制造过程在制造的各个阶段的辐射传感装置1100。如所示的，示例性的制造过程制得辐射传感装置1100，其包括垂直层叠配置的集成电路芯片1104、辐射传感器芯片1102(具有例如热电堆1114)和光学元件1106。

示例性的过程包括在步骤1150提供辐射传感器芯片1102。辐射传感器芯片1102置于光学滤波器晶圆1153上，紫外线或热固化环氧树脂滴置于其间。辐射传感器芯片1102具有基底1108和膜1112，膜1112延伸横跨基底1108中的开口1110。在所示的配置中，辐射传感元件(即，热电堆1114)位于膜1112的顶表面上。孔1162延伸穿过膜1112。在典型的实现中，膜1112的孔1162有助于避免最终组件1100的制造或操作过程中的压力累积。

在步骤1152，粘结材料(例如，焊接凸点1119、银导电胶点等)沉积在辐射传感器芯片1102上的导电触点1118上。

在步骤1154，第二组银导电胶点沉积在辐射传感器芯片1102上的导电触点1118上，并且集成电路芯片1104被如图所示放置在辐射传感器芯片1102之上。

对集成电路芯片1104和辐射传感器芯片1152之间的空间进行底部填充，并且在步骤1156进行固化(例如，紫外线或热固化)。

在步骤1156之后，切割最终的结构以产生辐射传感装置1100。辐射传感装置1100可以在切割前(例如，在步骤1156)或者切割后(例如，在步骤1158)后被测试。

图12是一系列横截面图，示出根据一个示例性的制造过程在制造的各个阶段的辐射传感装置1200。图12所代表的过程类似于图11所代表的过程，除了图12中的辐射传感器芯片1202是实心结构(即，没有开口和膜)，并具有光电二极管1214，而不是热电堆1114。在图12中，步骤1250-1258分别对应于图11中的步骤1150-1158。最终的结构1200示出在步骤1258。

图13是一系列横截面图，示出根据一个示例性的制造过程在制造的各个阶段的辐射传感装置1300。如所示的，示例性的制造过程制得辐射传感装置1300，其包括垂直层叠配置的集成电路芯片1304、辐射传感器芯片1302(具有例如光电二极管1314)和光学元件1306。

示例性的过程包括在步骤1350提供辐射传感器芯片1302。辐射传感器芯片1302具有光电二极管1314和位于其上表面上的一对导电触点1318。基底1308是实心的，并且是对最终组件预期感应的任何辐射进行透传的材料。

在步骤1350，将焊接凸点1319(或银导电胶点等)添加到导电触点1318上。在一些实现中，提供第二组焊接凸点或银导电胶点(例如在步骤1352)，然后固化任何粘结材料。添加并固化(例如，通过紫外线或热固化)底部填充胶，辐射传感器芯片1302被如图所示放置以连接到集成电路芯片1304。

然后，在步骤1356，集成电路晶圆/辐射传感器芯片结构用环氧树脂1360覆盖(具有或不具有用于光学波长滤波的额外染色)，以形成光学元件。固化环氧树脂。

然后，在步骤1358，切割最终的晶圆并测试最终的结构1300。

图14是示例性集成电路的示意性横截面图，以毫米示出其尺寸。

已经描述了本发明的多个实施例。不过，应该理解可以不脱离本发明的精神和范围而做出各种修改。

例如，本文所描述的每个部件(例如，辐射传感器芯片、集成电路芯片、光学元件)的尺寸、形状和具体配置可以修改。此外，所公开元件相对于彼此的具体配置可以修改，以产生其它层叠设置。例如，尽管某些设置的每个部件的外边缘彼此对齐，但是在其它设置中，外边缘可以不对齐。不仅可以修改部件的绝对尺寸和形状，也可以修改部件的相对尺寸和形状以及部件的各个部分。可以修改物理的电连接方法，从而导致修改后的最终结构。

辐射传感元件实质上可以实现任何种类的传感技术。

本文所述的过程可以按照与所描述顺序不同的顺序执行。在一些实现中，可以执行额外的步骤，和/或可以省略某些步骤。此外，在一些实现中，可以省略所描述步骤的一些。

结合不同实现所描述的不同特征可以组合到其它实现中。这适用于所公开的结构以及所公开的过程。

本文使用了某些相对的术语，例如“之上”、“之下”、“上”、“下”等。该术语用于清楚的目的，并用于在一个示例性的方位中描述某些对象的相对位置。它并不打算限制所公开或要求的范围，也不要求结构具有任何特定的方位。因此，这种相对术语不应该被解释为限制权利要求书或所公开内容的范围。

辐射传感器芯片可以实质上使用任何种类的辐射传感技术。集成电路芯片可以实质上包括任何种类的电路以处理和/或向辐射传感器芯片传送信息和/或从辐射传感器芯片接收信息。光学元件可以实质上实现和/或基于任何种类的光学技术。

各种部件可以按照多种方式彼此垂直对齐。例如，在一些实现中，一个或多个外边缘对齐。然而，这不是必须的。在典型的实现中，部件相对于其它部件(例如芯片)对齐，以便确保电触点对齐并接触，以及设备的光轴和对齐是可接受的。用于确切位置的附图标记可以是芯片的边缘，或者任何其它的基准标记，或部件上的特征，以辅助生产线上的对齐。

其它实现也在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种辐射传感装置，包括垂直层叠配置的：

辐射传感器芯片，其包括辐射传感元件和与所述辐射传感元件耦合并暴露于所述辐射传感器芯片的下表面的导电触点；

集成电路芯片，位于所述辐射传感器芯片之下，并与之耦合，所述集成电路芯片包括集成电路以及耦合到所述集成电路并暴露于所述集成电路的上表面的导电体，所述集成电路的上表面面向所述辐射传感器芯片的下表面，

其中，所述暴露于所述辐射传感器芯片的下表面的导电触点与所述暴露于所述集成电路的上表面的导电体物理地电耦合；以及

光学元件，其位于所述辐射传感器芯片之上，并与之耦合，其中，所述光学元件被配置为以所述辐射传感元件能感应的波长传递入射辐射。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述辐射传感器芯片、所述集成电路芯片和所述光学元件彼此垂直对齐。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述暴露于所述辐射传感器芯片的下表面的导电触点靠近所述辐射传感器芯片的外周界，

其中，所述暴露于所述集成电路的上表面的导电体靠近所述集成电路芯片的外周界，并且

其中，在操作过程中，待感应的辐射穿过所述辐射传感器芯片的外周界内的空间，到达所述辐射传感元件。

4.如权利要求1所述的装置，其中：

所述辐射传感器芯片具有基底，该基底中限定有置于中央的开口，所述基底面向所述光学元件；并且

膜延伸横跨所述基底的置于中央的开口的下端。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述辐射传感元件至少部分地置于所述膜上。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述辐射传感元件位于所述膜的背对所述光学元件的一侧上，并且所述膜被配置为以所述辐射传感元件能感应的波长传递入射辐射。

7.如权利要求6所述的装置，其中，所述集成电路具有基底，该基底含有置于中央的腔，该腔朝向所述辐射传感器芯片打开，

其中，所述置于中央的腔被配置为当所述集成电路芯片与所述辐射传感器芯片耦合时在所述辐射传感元件周围提供空间，以有助于所述膜上的辐射传感元件的至少一部分的热隔离。

8.如权利要求1所述的装置，其中，所述耦合到所述集成电路并暴露于所述集成电路的上表面的导电体包括硅穿孔。

9.如权利要求1所述的装置，其中，所述辐射传感元件选自热电堆和光电二极管组成的组。

10.如权利要求1所述的装置，其中，所述集成电路是专用集成电路。

11.如权利要求1所述的装置，其中，所述光学元件是透镜。

12.如权利要求1所述的装置，其中，所述辐射传感器芯片包括多个辐射传感元件。

13.如权利要求12所述的装置，其中，所述光学元件包括限制辐射穿过部分所述光学元件的有孔的盖子。

14.如权利要求13所述的装置，其中，所述孔和所述多个辐射传感元件被设置成：在操作过程中，所述多个辐射传感元件中的每一个与其它任一个辐射传感元件都通过所述孔从被监测空间的不同部分接收辐射。

15.如权利要求1所述的装置，其中，所述光学元件被配置成光学滤波辐射，以便没有被所述辐射传感元件所感应的一定波长的辐射不会到达所述辐射传感元件。

16.如权利要求1所述的装置，进一步包括：

多个导电垫，暴露于所述集成电路芯片的下表面，

其中，所述导电垫被配置成与电路板上的相应导电元件物理地电结合。

17.如权利要求1所述的装置，其中，所述辐射传感器芯片、所述集成电路芯片和所述光学元件被配置成：

当环境辐射到达所述光学元件时，所述周围辐射的至少一部分穿过所述光学元件，并穿过所述辐射传感元件所位于的膜，以射入到所述辐射传感元件上，

响应于所述辐射射入到所述辐射传感元件上，所述辐射传感元件产生对应于所述射入辐射的电输出信号，

所述输出信号被提供给所述集成电路，并且

所述集成电路处理所述输出信号，并与外部电路部件交互。

18.一种制造辐射传感装置的方法，该辐射传感装置包括垂直层叠配置的集成电路芯片、辐射传感器芯片和光学元件，所述方法包括：

提供辐射传感器芯片，该辐射传感器芯片包括辐射传感元件和与所述辐射传感元件耦合并暴露于所述辐射传感器芯片的下表面的导电触点；

将所述辐射传感器芯片耦合到位于所述辐射传感器芯片之下的集成电路芯片，所述集成电路芯片包括集成电路以及耦合到所述集成电路并暴露于所述集成电路的上表面的导电体，所述集成电路的上表面面向所述辐射传感器芯片的下表面；以及

将所述辐射传感器芯片耦合到位于所述辐射传感器芯片之上的光学元件，其中，所述光学元件被配置为以所述辐射传感元件能感应的波长传递入射辐射，

其中，将所述辐射传感器芯片耦合到集成电路芯片包括将位于所述辐射传感器芯片的下表面的导电触点与位于所述集成电路的上表面的导电体物理地电耦合。

19.如权利要求18所述的方法，进一步包括：

沿垂直方向对齐所述辐射传感器芯片、所述集成电路芯片和所述光学元件。

20.如权利要求19所述的方法，其中，所述沿垂直方向对齐有助于所述辐射传感器芯片与集成电路芯片之间的电触点的正确对齐以及光轴的正确对齐。