CN107851676B - 以晶片级生产光学传感器的方法和光学传感器 - Google Patents

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Abstract

以晶片级生产光学传感器的方法，包括以下步骤：提供具有主顶表面和主背表面的晶片，以及在晶片的顶表面处或附近布置具有至少一个光敏组件的至少一个第一集成电路。此外，在晶片中提供用于经由背表面电接触至少一个第一集成电路的至少一个衬底通孔，并且通过在晶片的顶表面上方对第一模具材料进行晶片级模制而形成透明的第一模具结构，使得第一模具结构至少部分地包围第一集成电路。最后，通过在第一模具结构上方对第二模具材料进行晶片级模制来形成不透明的第二模具结构，使得第二模具结构至少部分地包围第一模具结构，在透明的第一模具结构的至少一个顶表面的顶部上留下孔径。

Description

以晶片级生产光学传感器的方法和光学传感器
本发明涉及一种以晶片级生产光学传感器的方法和一种光学传感器。
背景技术
光学传感器是将光或光的变化转换成电子信号的电子检测器。它们被用于许多工业和消费者应用中。由于环境光传感器(ALS)光学传感器通常被用于根据环境光的强度来自动控制显示器的亮度，这既是为了用户的舒适度，也是为了节省手持装置中的电池功率。
光学传感器应该对来自大范围角度的照射到传感器孔径的光进行强有力的响应。同时，角度的范围或视场不应该太宽，这是因为当光以大角度入射到传感器表面时，许多光学传感器容易出现误差。另一个误差来源构成了不是源自周围环境而是来自装置本身内的光，例如，来自屏幕显示器的杂散光、移动电话中的背光或来自相邻有源传感器发射的光。这导致光学串扰并最终降低信噪比。
封装技术旨在减少上述误差的来源。传感器封装件中的孔径定义了限制角度的范围，并减少了周围环境和相邻电子组件的光学串扰。然而，目前的开放式腔体封装技术要么是复杂的并且因此是昂贵的，要么是不能被用于大多数晶片级应用，这是因为纵横比和引脚尺寸的要求可能是关键的(或两者兼而有之)。
发明内容
根据提出的内容的一个方面，一种以晶片级生产光学传感器的方法包括以下步骤。提供了具有主顶表面和主背表面的晶片。至少一个第一集成电路被布置在晶片的顶表面处或附近。第一集成电路具有至少一个光敏组件。而且，晶片被设置有至少一个衬底通孔，用于电接触晶片的顶表面和背表面。
借助于使用第一模具结构和第二模具结构的晶片级模制在晶片上形成晶片级封装。因此，生产光学传感器的方法包括通过在晶片的顶表面上方对第一模具材料进行晶片级模制来形成第一模制结构。这样做使得第一模具结构至少部分地包围第一集成电路。第二模具结构通过在第一模具结构上方对第二模具材料进行晶片级模制而被形成。这样做使得第二模具结构至少部分地包围第一模具结构。
晶片级模制是整个工艺流程的集成部分，其可以包括进一步的步骤，诸如包括集成电路或传感器的晶片前表面的(CMOS)处理、在传感器上沉积过滤结构或类似物、晶片背表面上的硅通孔(TSV)工艺和再分布层、晶片背表面上的凸块下金属化(UBM)、封装的晶片级模制、成球或凸块、分离单个冲模封装、以及最终测试。模制后的凸块可以以晶片级被制成，随后分离成最终封装。UBM也可以在模制步骤之后替选地被制成。
术语晶片级将被理解为在一个工艺步骤中被施加在衬底表面的主要部分上。例如，直到第一和第二模具结构两者都可以以晶片级被模制，才可以进行分离。然而，通常晶片可以在工艺的任何时刻处被分离成部件，并且通过分开或同时处理部件继续制造。因此，这样的过程也可以被认为是晶片级的。
光敏组件对光辐射敏感。在本文中术语“光学”或“光”是指可见光谱中的电磁辐射，例如，在400nm和800nm之间，(近)红外线和紫外线。实际上，如果没有另外指定，术语“光敏组件”将被理解为对视觉、红外和紫外线电磁辐射敏感。
与将晶片切割成个体电路然后将其封装对比，晶片级封装表示集成电路的封装，同时仍然是晶片的一部分。晶片例如包括半导体材料，诸如晶体硅。
该方法导致制造一个或多个光学传感器。例如，这些传感器可以被用作光学传感器、色敏传感器或环境光传感器。此外，传感器也可以被用作接近传感器。甚至可以添加其他模制结构以便基于所提出的方法制造接近传感器。
根据实施例，通过使用光学透明模具材料作为第一模具材料，第一模具结构被制成至少部分透明的。此外，通过使用光学不透明的模具材料作为第二模具材料，第二模具结构被制成至少部分不透明的。
基本上，不同类型的热固性材料可以被用作膜制材料。例如，环氧树脂、硅树脂、聚酰胺或其混合物可以被用作第一和第二模具结构两者的材料。这些材料可以通过添加颜料、金属或纳米颗粒、染料等而被制成光学透明或不透明的。
光学透明度描述了光能够穿过材料的物理性质。例如，被用于模制第一模制结构的材料可以具有在400nm和800nm之间的可见光谱范围内的透射率，或者甚至可以被延伸到高达1000nm的近红外线和/或紫外线附近。透明度应该很高，例如高于50％。然而，材料的实际选择取决于施加和期望的光谱范围。标准包括与色散元件一起使用的检测器的灵敏度和期望的信噪比。
不透明度是对电磁辐射或其他种辐射，尤其是可见光的不能贯穿性的测量。术语“不透明”被用于定义材料既不是透明的，即允许所有的光穿过也不是半透明的、允许一些光穿过。然而，不透明度也取决于波长。实际上术语“不透明”表示模制材料的不透明度是较高的，对于上述波长至少高于50％、或接近100％。
根据实施例，第一模具结构借助于结构化的第一模具工具被形成。第一模具工具包括至少第一模具腔体。特别地，第一模具工具包括圆锥形或另外的锥形的第一模具腔体。第一模具工具被放置在晶片的顶表面处或其附近，例如与晶片相距一定的距离处或者通过接触晶片的前表面放置。然后，第一模具材料经由模具工具中的通道或经由模具工具和晶片前表面之间留下的间隙被施加到腔体，以形成第一模制结构。
模制可以涉及晶片级液体压缩模制、液体传递模制，例如，薄膜辅助模制或其他模制技术。第一模具工具中的腔体被成形为使得所得到的第一模制结构在顶表面处可以是窄的，并且在底表面(即，与第一集成电路的光敏组件相邻的表面)处可以是较宽的。第一模具结构可以具有取决于腔体的形状的曲率的顶表面。然而，根据腔体的形状，顶表面也可以是平坦的。
例如，第一模具结构的底表面可以基本上与晶片的前表面齐平或共面。实际上，第一模具结构可以包围整个晶片前表面。
根据实施例，第二模具结构借助于平坦的或结构化的第二模具而被形成。第二模具工具被放置在第一模具结构的顶表面处或其附近。第二模具材料被施加到第二模具工具以形成第二模具结构并且在第一模具结构的顶表面处或附近留下孔径，即，第二模具结构不完全包围第一模具结构，使得光可以穿过并到达光敏组件。
例如，通过将平坦的或结构化的第二模具工具按压到第一模具结构的顶表面上来将第二模具材料施加在整个晶片前表面上。第二模具的施加可以通过在第二模具工具和第一模具结构或晶片前表面之间通过晶片级模制填充所得到的腔体被实现。
包括第一和第二模具结构的所得总体结构构成了具有限定的总高度的晶片级封装。第一模具结构的暴露的顶部没有第二模具材料，使得如上所述在第一集成电路上方建立孔径。第二模具结构提供侧壁，例如不透明的侧壁，其可阻挡从光学传感器的侧面入射的大部分光到达光敏组件。
此外，第一模制结构的顶表面可以是平坦的，或者也可以包含复合曲率，例如甚至光学透镜形状。第一模制结构的顶表面可以通过第二模具工具的压力而被变形，并且随后可以在最终封装中突出第二模制结构的顶表面。然而，在表面加工艺步骤中，例如蚀刻或切片，第一和第二模具结构两者可以相对于彼此共面而被制成。
根据实施例，在第二模具结构的顶表面处或其附近，将一个或多个附加的平坦或结构化的模制层施加到晶片。特别地，一个或多个扩散层可以被施加到晶片。
例如，另外的模制层可以被添加到整个晶片。可以通过在平行于第二模具结构的顶表面的限定距离处对准平坦的或结构化的模具工具，并且通过用模具材料填充所得到的腔体来完成施加。例如，透明模具材料可以与光散射颗粒混合以便制造扩散层。
在实施例中，在对第一和第二模制结构进行晶片级模制之前或之后提供再分布层。再分布层包括被布置在晶片的背表面上的至少一个金属层。此外，至少一个衬底通孔被电连接到分布层。
在实施例中，再分布层被设置有包含一个或多个凸块的凸块下层。特别地，在第一和第二模制结构的晶片级模制之前或之后提供凸块下层。
此外，一个或多个衬底通孔将晶片的前表面接触到背表面处的再分布层。在模制第一和第二模制结构之后，个体凸块可以被施加到晶片级上的背表面。
在实施例中，晶片被设置有多个第一集成电路，每个第一集成电路具有光敏组件。第一和第二模具结构被施加到晶片的较大部分。特别地，第一和第二模具结构被施加到晶片的整个前表面。在最后的步骤中，晶片被分离成个体光学传感器，每个光学传感器包括至少一个第一集成电路。
在实施例中，结构化的第一模具工具包括多个腔体，每个腔体通过允许模具材料在晶片级模制期间在腔体之间流动的通道被互相连接。更详细地说，第一模具材料的模具材料可以通过通道被施加以借助于晶片级模制流动到第一模具工具中的每个腔体中。换句话说，通道连接第一模具工具中的不同腔体以允许模具在模制期间在它们之间分布。
这样，在晶片级模制期间，由于在晶片级膜制期间流过腔体之间的通道而在晶片上放置一定量的第一模具材料。在下文中该结构将被表示为“流道”。流道或几个流道将来自个体腔体的第一模具结构互相连接。
在实施例中，至少部分地移除包括在晶片级模制期间流过腔体之间的通道所产生的第一模具材料的至少一个流道。特别地，借助于各向同性或各向异性蚀刻和/或借助于诸如锯切或切割的机械移除来实现移除。
例如，可以分别通过切割、等效掩蔽或未掩蔽各向同性或各向异性蚀刻工艺并且在施加第二模具结构之前移除流道。为了通过切割完全移除流道，可以切掉流道。由于必要的是确保模具材料的完全被移除，所以切口可以像晶片的衬底一样深。
在实施例中，所述至少一个流道至少部分地被分布在整个晶片前表面上的薄层所代替。
此外，流道或薄层可以进一步减少或部分减少，例如以减少通过流道或薄层的入射表面光。这可以在模制第一模制结构之后被完成，例如，一部分流道或薄层可以通过标准的晶片锯切设备被移除。
在实施例中，至少一个流道(20)的第一模具材料的透明度被降低，局部地或沿着整个流道(20)被降低。
所述至少一个流道包括第一模具材料并且可以被处理成使得在流道上或在流道中的一些位置处(即局部地或沿着整个流道轮廓)，透明度被强烈地降低。结果，很少或者没有光可以经由流道到达光学传感器区域的光敏区域。例如，激光可以被施加到流道上，使得流道的第一模具材料在化学上或物理上被修改以获得透明度的降低。
根据提出的内容，光学传感器包括具有主顶表面和主背表面的半导体衬底。第一集成电路包括至少一个光敏组件。在顶表面处或在其附近第一集成电路被布置衬底上。
光学传感器借助于晶片级封装而被封装。该封装包括至少部分地包围第一集成电路的第一模具结构。此外，第二模具结构至少部分地包围第一模具结构。
在实施例中，第一模具结构是至少部分光学透明的，并且第二模具结构被制成至少部分光学不透明的。
在实施例中，至少一个光敏组件包括光二极管、红外线光二极管、电荷耦合装置和/或CMOS光学传感器。
在实施例中，光学传感器包括第二集成电路，该第二集成电路包括至少一个发光组件，例如发光二极管。在主表面处或在其附近第二集成电路被布置在晶片的衬底上。至少一个另外的衬底通孔被布置成穿过晶片，以经由背表面电接触第二集成电路。
此外，第一模具结构也至少部分包围第二集成电路。第二模制结构被布置在主表面上或在其附近，并被设计成阻挡由至少一个发光组件发射的光直接到达至少一个光敏组件。可替选地或另外地，第二模制结构被布置为阻挡由至少一个发光组件发射的光从不需要的方向间接地到达至少一个光敏组件，例如，在被放置在传感器上方的玻璃表面上反射之后。
利用第二集成电路和第二模具结构的遮光设计，光学传感器可以作为接近传感器来操作。因此，在集成工艺中以晶片级制造光学传感器可以进一步被扩展到生产光学接近传感器。
遵循上面提出的内容，具有不同特性的模具结构以晶片级被施加以产生光学传感器，并且特别地产生光学曝光区域和围绕光学传感器的光敏组件的外壳以阻挡从表面入射的光。使用具有不同模具(例如透明的、不透明的和/或扩散的)的多个模制步骤减少了仅在已经被分离的片上使用不透明模具时存在的局限性和风险，并且还增加了灵活性。
所有步骤均以晶片级被完成，与需要单个冲模处理的解决方案相比较，降低了成本。所有由不同模具(例如，清晰的形状、不透明的壁)组成的部件可以以晶片级被集成，从而最小化占用空间和组装成本。所有特征尺寸和几何规格(例如，形状的锥角、拐角的半径、壁厚等)使得其满足晶片级传递膜制的制造要求。
例如，由模具工具中的腔体产生的第一模具和第二不透明模具材料的组合不需要模具上的针状销结构，诸如直接施加不透明模具材料将需要暴露光学传感器的光敏组件。因此，制造不易受到机械破坏，降低了晶片上的压力，并且没有冲孔薄膜的风险。在生产过程中，在传感器表面上不存在不透明模具反射的风险。
晶片级封装不仅提供传感器保护，而且提供更紧凑的设计。较小的孔径是可能的(倒置的草案)，使得最终用户对该部分的可见度较低。此外，更小装置尺寸是可能的。没有腔体的平坦的顶表面提供了对光学传感器的更容易的处理。在封装上集成添加扩散层或其他层是在以晶片级的相同工艺中可能的。总之，封装满足了大规模生产模制结构的制造要求。
孔径可以在距离衬底的限定距离处被创建。以晶片级的集成是灵活的，这是因为它允许在单个集成工艺中集成其他层，诸如扩散层。这样，小封装可以以有效的方式被生产。所有由不同模具材料组成的部件都可以以晶片级被集成，从而最小化占用空间和组装成本。
在下文中，将参照附图更详细地描述上面呈现的内容，其中呈现了示例性实施例。
附图说明
图1示出了生产光学传感器的方法的示例性实施例，
图2示出了生产光学传感器的方法的进一步示例性实施例，以及
图3示出了光学传感器的示例性实施例，
图4示出了光学传感器的另一示例性实施例，以及
图5示出了光学传感器的示例性实施例的分解图。
具体实施方式
图1示出了生产光学传感器的方法的示例性实施例。
该图示出了所提出的用于生产光学传感器的方法的示意性和通用的工艺流程。该方法可以被总结为四个通用步骤，其使得光学传感器的整个工艺能够以晶片级被执行，即，传感器的每个元件被制造为晶片1的一部分，或者在晶片级处理期间被附接到晶片。术语晶片级将被理解为在一个工艺步骤中被施加在衬底表面的主要部分上。具有不同属性的模具以晶片级被施加以在每个冲模或光学传感器上产生光学曝光区域，这有效地导致了围绕光敏组件的壁阻挡来自侧面的光，提供了集成工艺以有效地生产小封装件。
图中所示的第一步骤涉及例如借助于CMOS工艺来处理晶片前表面10。该图描绘了具有被布置在其前表面上的一个或多个冲模的晶片1。冲模包括集成电路11，每个集成电路具有至少一个光敏组件12，即，冲模例如构成具有光二极管或红外光二极管的光学传感器。通常，晶片1包括多个彼此被并排安装的集成电路11。每个集成电路11被安装在晶片1的顶表面10上。到晶片1的背侧或背面13的电连接可以通过硅过孔14，例如借由硅过孔(TSV)工艺被建立。而且，再分布层可以被布置在晶片的背面处。再分布层15可以是背面上的金属层，其使集成电路的输入/输出焊盘或端子可用于其他位置。例如，可以在晶片背面上实现包括凸块下金属化的再分布层。
图中所示的第二步骤涉及第一透明模具结构2的应用。在晶片1已经被制备好并且与电子组件和电路组装在一起之后，晶片级封装件被构建。
在所提出的方法之后，透明模具结构2通过向晶片1施加透明模具化合物的结构化层而被建立，特别是在晶片顶表面10上的光学曝光区域，诸如光敏组件12。该第二步骤可以通过晶片级模制被应用于整个晶片前表面10，使得其在将要被暴露于入射光的区域之上形成对称、圆锥形或另外的锥形形状，在下文中被称为透明模具结构2。
透明模具结构2借助于具有限定了透明模具结构2本身的形状的腔体或多个腔体的模具工具而被制造。模具工具留下通道系统，模具材料可以通过该通道系统进入模具工具腔体，使得模具材料可以在它们之间转移。这样，包括透明模具材料的流道系统20被布置在晶片的前表面10上。透明模具结构2借由转轮20与彼此连接(详情见下图)。
晶片级模制可涉及晶片级液体压缩模制、晶片级液体压缩模制或其他模制技术。借由包括至少一个将由透明模具材料填充的腔体的适当模具工具将晶片级模制件施加到晶片1的前表面10上。任何热固性材料都可以被用作模制材料，诸如环氧树脂或聚酰胺树脂或硅树胶。为了微调透明模具的机械性能和光学性能，诸如颜料、金属颗粒或纳米颗粒的其他颗粒可以被加入。
图中所示的第三步骤涉及第二不透明模具结构3的施加。不透明模具结构3被施加在晶片1上，例如被施加到整个仍然暴露的晶片前表面10上。例如，这可以通过将平坦的或结构化的模具工具按压到透明模具结构的顶表面21上，并且用不透明的模具材料来填充模具工具和晶片表面10之间的所得到的腔体而被实现。模具被设计为使得不透明模具结构3在透明模具结构2的顶表面21的顶部上留下开孔径30。这样，光敏组件12仍然被暴露于入射光。
包括透明和不透明模具结构2、3的所得封装件具有限定的总高度、在传感器上方的暴露的顶部21和孔径30以及不透明的侧壁31以阻挡从该侧入射的大部分光到达光敏组件12。
例如，环氧树脂或硅树胶可以被用作模具材料。诸如颜料、金属颗粒或纳米颗粒的其他颗粒可以被添加，以便微调不透明模具的机械和光学特性。例如，相同的模具材料可以被用于透明和不透明模具结构两者。借由添加剂，模具材料可以被制成透明或不透明的。术语透明或不透明被定义为相对于借助于所提出的光学传感器被检测或被发射的光而言是透明或不透明的。
附图中所示的第四步骤涉及扩散层4的(可选的)应用。扩散层4至少覆盖了被布置在不透明模具结构3中的孔径30上的区域。扩散层4确保来自在孔30上方的区域中照射的任何入射角度的特定部分光将通过孔径30到达传感器或光敏组件12。扩散层4可以覆盖不透明模具结构的整个表面32或者其仅仅更小的量。这个部分的量例如取决于应借助于光学传感器收集到的最大或期望的入射角度。这导致更宽的环境角度视场，而光学传感器上的入射角度(由传感器看到的视场)仍然在某些边界内。
图2示出了生产光学传感器的方法的进一步示例性实施例。
该图示出了生产光学传感器的方法的六个不同的实施例A至F，其差异将在下面讨论。基本上，不同的预处理制造解决方案在不同的转轮20的处理方面是不同的。在生产光学传感器的方法的所有六个不同的实施例A至F中，第一步骤，即晶片前表面的处理已经被完成。该图仅示出单个光学传感器以便于更简单的表示。通常，大量的光学传感器被安装到晶片上并且在下面描述的晶片级制造方法中被生产。而且，为了更好的表示，并不是所有的参考数字都被示出。例如，详情请参考附图3。
实施例A可以被认为是可以通过实施例B到F引入的处理步骤进一步适应的基本方法。在实施例A中，透明模具结构已经被施加到晶片的正面(步骤A1)。在这种方法中，连接不同透明模具结构的转轮基本上具有恒定的横截面。在下一个步骤A2中，使用如上所述的另一个模具工具来施加不透明模具结构。在具有光学传感器的晶片已经被制造之后，晶片被分离并且单个光学传感器可以通过锯切被实现(步骤A3)。
实施例B与实施例A的不同之处仅在于透明模具结构包括减少的转轮20，即转轮的横截面沿着顶表面不是恒定的。例如，转轮沿着其横向轮廓包括变窄部21。转轮20的横截面可以在模具已经施加之后借助于锯切或借助于在施加模具材料期间约束它们的结构的模具而被改变。步骤B1和B2对应于实施例A中的步骤A2和A3。
实施例C的步骤C1构成了实施例A或B的进一步发展。第一步骤C1可以涉及具有如上所述的恒定或被改变的横截面的转轮。然而，在进一步的步骤C2中，在不透明的模具结构被施加之前，转轮借助于锯切22至少部分地被锯切开。在步骤C2之后，施加不透明模具结构(步骤C3)和分离步骤C4。
实施例D仅与实施例C不同之处在于，锯切步骤D2完全切入转轮，并且进一步甚至部分进入晶片的衬底。因此，锯切可能涉及转轮20，并且另外涉及锯道的部分锯切。步骤D1、D3和D4分别对应于步骤C1、C3和C4。
实施例E涉及借由掩模和蚀刻移除流道。步骤E1、E5和E6分别对应于步骤C1、C3和C4。然而，在步骤E中，掩模层23被施加在透明模具结构2上。掩模层23至少部分地覆盖透明模具结构2。然而，流道20的大部分未被掩模层23覆盖并且可以暴露于蚀刻物质。
在步骤E3中，借由各向同性或各向异性蚀刻移除流道20，同时通过具有抗蚀刻材料的掩模层23保护透明模具结构2免受蚀刻剂影响。接下来，例如通过化学手段移除掩模层23，使得透明模具结构被恢复，随后施加不透明模具结构3(步骤E5)和分离步骤E6。
在实施例F中，借由无掩模蚀刻去除流道20。不同于实施例E，各向同性或各向异性蚀刻被直接施加到透明模具结构2而没有任何中间掩模层存在。因此，蚀刻剂通过蚀刻掉透明模具材料(参见虚线)而有效地减小了透明模具结构2的尺寸。同时，流道20也减少或完全移除。步骤F1、F3和F4分别对应于步骤E1、E5和E6。
图3示出了光学传感器的示例性实施例。
该图描绘了包括所提出的附加扩散层4的晶片级封装件的结构的横截面。光学传感器已经借由上述任何方法以晶片级被制造。在最后的步骤中，载有多个光学传感器的晶片已经被分离成最终的封装件，如图3所示。
光学传感器包括具有电连接其前表面10和背表面13的多个硅通孔14的衬底。焊锡球16被布置在光学传感器的背表面13上。集成电路11被安装在前表面10上并且包括光敏组件12。集成电路11借由硅通孔14和焊锡球16而被电连接到衬底的背表面13。
透明模具2被布置在具有光敏组件12的集成电路11上并且相对于孔径30对齐。模具结构2在被曝光区域(即，光敏组件上)形成略微锥形的形状。这些形状的特征在于具有低曲率的顶表面21，并且被不透明的模具结构3中的孔径30包围。模具结构2的侧壁23的锥形是倒置的，即，被布置成使得被连接到集成电路的透明模具结构2的底部24比在顶部21处大。流道20从施加透明模制结构被留下，并被布置在透明模制结构2的侧面25处。
在这种情况下，透明模具结构2不完全对称，而是具有不同倾斜角度的侧壁23。这解释了光敏组件12相对于衬底的实际放置。在该特定实施例中，光敏组件12相对于透明模具结构2的中心线有点偏移。在其它实施例中，光敏组件12可相对于中心线居中。换句话说，透明模具结构2的形状可被调整以配合感光敏组件12的位置。
此外，透明模具结构可以具有进一步的光学特性，例如，孔径30附近的顶表面21可以具有光学透镜形状，并且可以将入射光聚焦到光敏组件12。
透明模具结构2被不透明模具结构3包围，只留下打开透明模具结构2的顶部的孔径30的区域。不透明模具结构3遮蔽光学传感器免受光学杂散光，并有效地构成传感器封装件的壁31。不透明的模具结构3基本上在透明模具结构2的孔径30(即，顶表面21)内共面或闪光。基本上，这种特性通过上述具体制造方法被实现，但是可以辅助进一步平面化或锯切。
在不透明和透明的模具结构的顶部上被布置扩散层并覆盖光学传感器的整个横截面。扩散层也可以借助于晶片级模制而被施加于光学传感器封装件，呈现了一种将可调整的扩散集成到封装件中的有效方式。可选地，扩散层可以通过其他手段被添加，例如通过将预制扩散层粘附到顶表面32。
图4示出了光学传感器的另一示例性实施例。
附图描绘了例如根据以上关于图2中的实施例A所解释的方法而被制造的光学传感器。环境光或寄生光可以经由流道20从小的入射角度范围进入光学传感器。因此，流道20可能是不需要的串扰的来源，该串扰取决于施加而应该被避免。部分或完全移除流道20并随后借助于不透明模具结构3的薄金属层(例如，参见图2中的实施例)可以有效地减少环境光或寄生光的影响。
图5示出了光学传感器的示例性实施例的分解图。
该图描绘了在分离成单个光学传感器(包括可选扩散层)之后的最终晶片级封装件的部分。并不是所有的参考数字都是为了更好的表示。例如，详细请参考图3。
以晶片级的透明和不透明模具的组合可暴露诸如集成电路的光敏组件的光学传感器区域，而在替选方法中没有许多限制，并以成本效益的方式添加了定制功能(诸如集成扩散器)的灵活性。例如，现有的解决方案必须将模具工具按压到晶片的限定区域，以在不透明的模制步骤中保持其被暴露。在许多情况下，这是不可行的(例如，小尺寸或合理的结构，诸如引线键合)。
所提出的方法使用结构化的透明模具来暴露区域，例如，光敏组件或附加光源，而不需要直接将这些结构与模具工具接触。透明模具结构被选择性地形成在曝光区域的上方。不需要移除透明密封剂的部分，并且在分离之前施加随后的不透明模具，即仍然在晶片级上施加随后的不透明模具。
不透明模制结构的随后添加保持借助于孔径被暴露的区域，同时遮蔽光学传感器的表面，使得杂散光不能进入，例如，如从手机的白光LED背光发射的光。不透明的模具被添加而不需要形成凹槽，并且不需要移除孔径上方的材料，从而进一步简化了该方法。
附加的平面或结构层(诸如片上扩散器)可以有效地被添加到晶片级。重要的是要注意，所有步骤都是以晶片级被完成。该设计满足了要求对模制结构的制造需求，其规定了最小特征尺寸和最小曲率半径。
更特别地，晶片级光学传感器封装件由要被检测的电磁频率规定中的第一光学透明材料组成。由于使用了晶片级技术，诸如晶片级传递膜制工艺，所以在传感器区域之间有流道。在施加不透明模具结构之前，可以通过切割或等效掩模或掩模较少的各向同性/各向异性蚀刻工艺将这些流道的横截面最小化或移除。以这种方式，由于在切割(分离)之后晶片级封装芯片的侧壁处没有透明材料，因此寄生侧光阻被改善。
直到透明和不透明的模具结构两者都以晶片级被膜制为止，才进行分离。也就是说，冲模或集成电路不被嵌入，但是晶片的前面被覆盖在结构化的模制层中。具体而言，模制结构的背面与晶片的前面共面，并且正面与晶片相距限定的距离，这种高度的增加是特定的优点。

Claims (17)

1.一种以晶片级生产光学传感器的方法，该方法包括以下步骤：
-提供具有主顶表面和主背表面的晶片；
-在所述晶片的顶表面处或附近布置具有至少一个光敏组件的至少一个第一集成电路；
-在所述晶片中提供用于电接触背表面的至少一个衬底通孔；
-通过使用结构化的第一模具工具在所述晶片的顶表面上方通过对透明模具材料进行晶片级模制来形成第一模具结构，使得所述第一模具结构至少部分地包围所述光敏组件，其中所述第一模具结构借助于结构化的第一模具工具而被形成并且选择性地位于曝光区域上方；以及
-随后通过使用平坦或结构化的第二模具工具在所述第一模具结构上方通过对第二模具材料进行晶片级模制来形成第二模具结构，使得所述第二模具结构至少部分地包围所述第一模具结构，其中所述第二模具材料被施加到所述第二模具工具以形成所述第二模具结构并且在所述第一模具结构的顶表面处或附近留下孔径，通过使用光学不透明的模具材料作为第二模具材料，所述第二模具结构被制成至少部分不透明的，所述第二模具结构的孔径在所述第一模具结构的顶表面处或附近形成，所述第二模具结构的孔径与所述第一模具结构的顶表面共面或齐平；
其中，所述晶片被设置有多个第一集成电路，每个第一集成电路具有光敏组件；所述第一模具结构和所述第二模具结构被施加到晶片前表面上，或被施加到整个晶片前表面上；以及所述晶片被分离成个体光学传感器，每个光学传感器包括所述第一集成电路中的至少一个，并且
其中，结构化的第一模具工具包括多个腔体，每个腔体通过允许透明模具材料在晶片级模制期间在所述腔体之间流动的通道被互相连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
-所述第一模具工具包括至少一个第一模具腔体，其为圆锥形或另外的锥形的第一模具腔体；
-所述第一模具工具被放置在所述晶片的顶表面处或附近；并且
-将所述透明模具材料经由间隙施加到腔体上以形成所述第一模具结构。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一模具工具包括腔体，其中所述第一模具工具中的腔体被成形为使得所得到的第一模具结构在顶表面处是窄的，而在底表面处是宽的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，
在所述第一模具结构的顶表面处或附近将所述第二模具工具放置在所述晶片上。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二模具结构的顶表面处或附近将一个或多个附加的平坦或结构化的模具层施加到所述晶片。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述第二模具结构的顶表面处或附近将一个或更多的扩散层施加到所述晶片。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在对第一模具结构和第二模具结构进行晶片级模制之前或之后，
-包括至少一个金属层的再分布层被布置在所述晶片的背表面上；并且
-所述至少一个衬底通孔被电连接到所述再分布层。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述再分布层被设置有用于附接一个或多个凸块的凸块下金属化层，和/或在对所述第一模具结构和所述第二模具结构进行晶片级模制之前或之后被设置。
9.根据权利要求1所述的方法，其中包括在晶片级模制期间流动通过所述腔体之间的通道而产生的透明模具材料的至少一个流道至少部分地被移除。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个流道借助于各向同性、或借助于各向异性蚀刻、或借助于机械移除而被移除。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述机械移除包括切割。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述切割包括锯切。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述透明模具材料的透明度局部地或沿着整个流道被降低。
14.一种根据权利要求1-13中任一项所述的方法生产的光学传感器，包括：
-具有主顶表面和主背表面的半导体衬底；
-包括至少一个光敏组件的第一集成电路，所述第一集成电路被布置在所述顶表面处或附近的衬底上；
-至少一个衬底通孔，用于经由所述背表面与所述第一集成电路电接触；
-至少部分地包围所述光敏组件的第一模具结构，其中所述第一模具结构借助于结构化的第一模具而被形成并且选择性地位于曝光区域上方；以及
-至少部分地包围所述第一模具结构的第二模具结构，其中所述第二模具结构在所述第一模具结构的顶表面处或附近留下孔径，
其中，所述第二模具结构被制成至少部分光学不透明的，所述第二模具结构的孔径在所述第一模具结构的顶表面处或附近形成，所述孔径与所述第一模具结构的顶表面共面或齐平。
15.根据权利要求14所述的光学传感器，其中所述至少一个光敏组件包括光二极管、电荷耦合装置和/或CMOS光学传感器。
16.根据权利要求15所述的光学传感器，其中所述光二极管包括红外光二极管。
17.根据权利要求14所述的光学传感器，包括：
-包括至少一个发光组件的第二集成电路，所述第二集成电路被布置在所述主顶表面处或附近的衬底上；
-至少一个另外的衬底通孔，用于经由所述背表面电接触所述第二集成电路；
-所述第一模具结构至少部分地包围所述第二集成电路；并且
-所述第二模具结构被布置在所述主顶表面上或附近，并被设计成阻挡由至少一个发光组件发射的光直接到达所述至少一个光敏组件。
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