CN109496362B - 在晶片级生产光学传感器的方法以及光学传感器 - Google Patents

Abstract

提出了一种在晶片级生产光学传感器的方法，该方法包括以下步骤。提供具有主上表面(11)和主背表面(12)的晶片(10)。具有光敏部件(21)的至少一个集成电路(20)布置在晶片的上表面处或附近。第一模制工具(1)设置在至少一个集成电路上方，使得在第一模制工具(1)和上表面(11)之间保留至少一个通道(37)，以输入第一模制材料。通过经由至少一个通道(37)晶片级模制第一模制材料来形成第一模制结构(30)。第一模制材料产生至少一个流道结构(35)。第二模制工具(2)设置在第一模制结构(30)上方，并借助于第二模制工具(2)通过晶片级模制第二模制材料来形成第二模制结构(40)。在上表面(11)上布置光路阻挡结构(50)，以阻挡光经由至少一个流道结构(35)进入。

Description

在晶片级生产光学传感器的方法以及光学传感器

技术领域

本发明涉及在晶片级生产光学传感器的方法以及光学传感器。

背景技术

光学传感器可应用于诸如检测姿势、环境光和物体的接近度或用于精确颜色检测的各种领域中。诸如颜色传感器之类的光学传感器的封装技术经常面临相互矛盾的要求，即小范围的入射角和对外界的宽视野。

对于许多光学传感器，光仅从有限的角度范围入射是有益的或必要的。特别是在颜色传感器中，实施了干涉滤光器，并且对于以离轴角度照射的光，干扰滤光器的光谱响应曲线通常会发生偏移。现有的封装使用位于距传感器一定工作距离的孔，同时使用围壁以阻挡杂散光。另外，为了增加外部视野，将漫射器放置在该孔附近(上方或下方)。

然而，通常需要精确地调节滤光器和漫射器，并且需要执行复杂的模拟以便适合它们的例如光学特性和工作距离。考虑到由漫射器引起的特征朗伯(Lambertian)分布，因此尤其需要布置多层干涉滤光器，从而需要针对给定的传感器进行专门设计。这导致更复杂和更昂贵的生产。创造用于大规模制造的时间和成本高效的封装是一种挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种在晶片级生产光学传感器的方法和一种光学传感器，该光学传感器可以以时间效率和成本效率的方式进行大规模制造。

该目的通过独立权利要求的主题实现。从属权利要求中描述了进一步的发展和实施例。

应当理解，关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用，或者与本文描述的其他特征组合使用，并且还可以用于与任何其他实施例的一个或更多个特征组合，或者，除非作为替代特征描述，可以用于任何其他实施例的任何组合。此外，在不脱离所提出的方法和光学传感器的情况下，也可以采用下面未描述的等同和修改。

在至少一个实施例中，在晶片级生产光学传感器的方法包括以下步骤。首先，提供具有主上表面和主底表面的晶片。例如，晶片包括半导体衬底(例如硅、二氧化硅、氧化铝、蓝宝石、锗、砷化镓(GaAs)、硅和锗合金、或磷化铟(InP)等)。衬底可以提供额外的电子部件，例如与传感器接合的端子，或者另外的片上部件(例如驱动器电路、A/D转换器等)，即通常用于操作和连接光学传感器的装置。

至少一个集成电路布置在晶片的上表面处或附近。集成电路具有一个或更多个光敏部件。例如，光敏部件被布置成将电磁辐射转换成传感器信号(例如，光电流)。优选地，目标电磁辐射包括主要在可见范围内的光，波长在约390nm至700nm之间。在更广泛的意义上，“光”也可以包括红外线、可见光和/或紫外线(UV)的部分。具有一个或更多个光敏部件的集成电路的示例包括光电二极管、CCD或CMOS光传感器。可以实施不止一个集成电路以形成光学传感器阵列。集成电路的共同之处在于，它们可以借助于晶片级的半导体工艺(例如CMOS)制造、安装和/或集成到光学传感器中。

第一模制工具设置在至少一个集成电路上方，使得至少一个通道保留在第一模制工具和上表面之间。至少一个通道可用于输入或施加第一模制材料。例如，第一模制工具确定模制结构的形状和尺寸，并且可以在集成电路或晶片的其他部件上方居中，以便在晶片上的给定位置处选择性地施加模制材料。

第一模制结构经由至少一个通道通过晶片级模制第一模制材料而形成。第一模制材料创建至少一个流道结构。例如，模制工具允许经由通道施加模制材料。通常，模制材料在压力下作为液体施加，即通过晶片级传递模制施加。因此，流道结构可以被认为是模制过程的剩余部分，并且如果不以某种方式处理，则可以形成光管，杂散光可以通过该光管进入第一模制结构，并最终进入光敏部件。

将第二模制工具设置在第一模制结构上方。第二模制工具用于通过晶片级模制第二模制材料来形成第二模制结构。例如，第二模制结构包围或至少部分地包围第一模制结构。优选地，使用不同的材料作为第一和第二模制材料。相应地，也可以使用不同形状的模制工具。例如，第二模制工具确定第二模制结构的形状和尺寸，并且可以在第一模制结构上方居中，以便选择性地施加模制材料。因此，第二模制结构可用于创建光学传感器的封装。通常，模制材料在压力下作为液体施加，即通过晶片级传递模制施加。

光路阻挡结构布置在晶片的上表面上或第一模制结构中，以阻挡光通过至少一个流道结构进入。例如，光路阻挡结构确定流道结构的形状，因为它可以在第一模制结构的形成期间形成屏障。因此，模制材料需要围绕作为光路阻挡结构的屏障流动。结果，流道结构具有由光路阻挡结构的几何尺寸(例如，高度、宽度等)确定的形状。进入这种形状的流道结构的任何光都需要跟随其形状以便进入第一模制结构。因此，通过选择省略这种光路的形状(由光路阻挡结构确定)，可以减少杂散光的影响。通常，光路阻挡结构以某种方式使流道结构成形和/或用作阻挡元件本身。

在至少一个实施例中，第一模制材料是至少部分光学透明的。这是由于使用光学透明模制材料作为第一模制材料。此外，由于使用光学不透明的模制材料作为第二模制材料，第二模制材料是至少部分光学不透明的。例如，不同的热固性聚合物可用作模制材料。例如，环氧树脂、有机硅、聚酰胺或其混合物可用于第一模制和第二模制结构。通过添加颜料、金属或纳米颗粒、染料等，这些材料是光学透明的或不透明的。

光学透明度描述了能够穿过材料的光的物理特性。优选地，用于模制第一模制结构的材料在400nm和800nm之间的可见光谱内或者甚至可以延伸到高达1000nm的近红外线和/或紫外线内具有透射率。透明度应该高，例如高于50％。然而，材料的实际选择取决于应用和所需的光谱范围。标准包括例如光敏部件的灵敏度和所需的信噪比。术语“不透明”表示材料既不是透明的(即，允许所有光通过)，也不是半透明的(允许一些光通过)。实际上术语“不透明”表示模塑材料的不透明度高，对于上述波长，至少高于50％，优选地接近100％。因此，第二材料遮挡杂散光远离光学传感器。

在至少一个实施例中，光路阻挡结构通过第一模制工具布置在第一模制结构中。此外，通过对至少一个流道结构成形来布置光路阻挡结构，以阻挡到光敏部件的光路。

例如，第一模制工具包括至少一个成形通道。当第一模制材料通过一个或更多个通道施加到第一模制工具时，流道结构基本上具有与通道相同的形状。在某种意义上，阻挡结构的光路是流道结构的一部分或者与流道结构的形状有关。该形状可以包括防止流道结构中的光路进入第一模制结构的几何特征。因此，流道结构可以是弯曲的、有角度的或倾斜的。例如，流道结构可以倾斜几次。

在至少一个实施例中，第一模制工具中的至少一个通道是弯曲的。因此，至少一个流道结构具有弯曲形状，使得经由流道结构到光敏部件的直接光路被阻挡。

在至少一个实施例中，光路阻挡结构通过施加光阻材料布置在上表面上。例如，光阻挡材料可以被认为是一种屏障，它迫使第一模制材料围绕屏障流动。可以选择光路阻挡结构的几何特征(例如，高度和宽度等)，使得流道结构是弯曲的、成角度的或倾斜的。借助于所得到的几何特征，可以抑制进入第一模制结构的光。

在至少一个实施例中，在晶片级模制第一模制结构之前，将光路阻挡结构布置在上表面上。第一模制材料经由至少一个通道进入并围绕光路阻挡结构通过。

在至少一个实施例中，光路阻挡结构借助于模制和上表面上的不透明模制材料来布置。

在至少一个实施例中，光路阻挡结构布置在光敏部件周围并至少部分地包围光敏部件。例如，光路阻挡结构包括完全环绕光敏部件的框架。同时，至少一个通道的轮廓可以加宽或变薄，这进一步减少了对杂散光的暴露。光阻挡框架的高度足以阻挡进入的光路到达光敏部件。

在至少一个实施例中，在晶片级模制第一模制和/或第二模制结构之前或之后应用以下步骤。通过至少一个衬底通孔将上表面和背表面电连接。将包括至少一个金属层的再分布层布置在晶片的背表面上。将至少一个衬底通孔与再分布层电连接。最后，再分布层设置有用于附接一个或更多个凸块的凸块下金属层。

在至少一个实施例中，第一模制是结构化的并包括至少一个腔。特别地，腔体可以是圆锥形的或其他锥形的。例如，腔可以具有光学透镜形状。将第一模制材料施加到至少一个腔体中，同时施加到一个或更多个通道中。第二模制工具是平坦的或结构化的并且具有至少一个开口以在光敏部件上方形成至少一个孔。

在至少一个实施例中，第一模制工具包括多个腔，每个腔通过通道互连。第一模制材料通过互连的通道施加到腔。

优选地，一次生产不止一个光学传感器。为了实现这一点，在晶片上或晶片中布置或集成多个集成电路。第一模制工具中的多个腔允许在相应的集成电路上方特定地和选择性地施加第一模制结构。接着，施加光路阻挡结构和第二模制结构，一次生产几个光学传感器。在最后的步骤中，这些部件或单元可以被单片化或切割成单独的光学传感器。这样，在晶片级执行完整的处理。

在至少一个实施例中，将一个或更多个漫射层施加到第二模制结构上。漫射层加宽了光学传感器的视野，并且还可以在晶片级施加，例如通过模制工艺。

在至少一个实施例中，光学传感器包括半导体衬底、至少一个集成电路、第一和第二模制结构以及光路阻挡结构。

半导体衬底具有主上表面和主背表面。至少一个集成电路布置或定位在上表面处或上表面附近。集成电路具有光敏部件。第一模制结构包括第一模制材料并且具有置于集成电路侧面的至少一个流道结构。第二模制结构包括第二模制材料。第二模制结构布置成至少部分地包围第一模制结构。

最后，将光路阻挡结构布置在上表面上和/或第一模制结构中。光路阻挡结构设计成阻挡光经由至少一个流道结构进入。

在至少一个实施例中，第一模制材料是至少部分光学透明的。第二模制材料是至少部分光学不透明的。

在至少一个实施例中，光路阻挡结构包括至少一个流道结构，以阻挡到光敏部件的光路。替代地或另外地，光路阻挡结构包括布置在上表面上的光阻材料。

所提出的原理允许以大规模生产的时间和成本高效的方式来封装光学传感器。同时，该封装具有光学特性，该光学特性先前通常必须应用于单个单元而不是整个晶片。特别地，模制材料选择性地施加在光学曝光区域上，并且另外的模制材料构成围绕光学传感器的光敏部件的外壳，以阻挡从表面入射的光。使用具有不同模制材料(例如透明的、不透明的和/或漫射的)的多个模制步骤，减少了仅在已经单片化的芯片上使用不透明模制时存在的限制和风险，从而增加了灵活性。

所有步骤都是在晶片级上完成的，与需要单个芯片处理的解决方案相比，降低了成本。由不同模制材料组成的所有部分(例如，透明形状、不透明壁)可以在晶片级集成，从而最小化封装和组装成本。所有特征尺寸和几何规格(例如形状的锥角、角半径、壁厚等)都满足晶片级传递模制的制造要求。

例如，由第一模制工具中的腔产生的第一模制与第二不透明模制材料的组合不需要模制工具上的针状销结构，例如不透明模制材料的直接应用将需要暴露光学传感器的光敏部件。因此，制造过程不容易受到机械损伤，降低了晶片上的压力，并且没有穿透薄膜的风险。在生产过程中，传感器表面上不存在不透明的模制溢料的风险。

晶片级封装不仅提供对光学传感器的保护，而且提供更紧凑的设计。较小的孔开口可能使终端用户不易看到开口。此外，更小的器件尺寸是可能的。没有腔的平坦上表面允许更容易地处理光学传感器。在同一晶片级工艺中，可以在封装上集成地添加漫射器或其他层。总之，该封装满足批量生产模制结构的制造要求。

可以在距衬底的限定距离处创建孔。晶片级的集成是灵活的，因为它允许在单个集成过程中集成其他层，例如漫射层。这样，可以以高效的方式生产小型封装。由不同模制材料组成的所有部分能够在晶片级集成，从而最小化封装和组装成本。事实上，在晶片级上使用传递模制允许灵活选择材料，选择诸如硅树脂或合成聚合物等软材料减少了传感器部件上的压力。

此外，通过流道结构进入的杂散光被流道形状有效地阻挡，使得很少或没有直接光路可以到传感器。这能够通过单独适当的流道形状，和/或通过将光路阻挡结构作为屏障施加到晶片上来实现。也能够组合这两个步骤，这进一步改善了光屏蔽。实际上，光路阻挡结构具有额外的优点，即它减轻了晶片级模制的负面影响，因为不需要额外的流道处理的后处理步骤，例如流道切割或蚀刻。这提高了工艺稳健性，提高了工艺产量，并大大降低了成本。

附图说明

在下文中，参考附图更详细地描述了上面给出的原理，附图中给出了示例性实施例。

图1示出了光学传感器的示例性实施例，

图2示出了生产光学传感器的方法的示例性实施例，

图3示出了光学传感器的另一示例性实施例，

图4示出了光学传感器的另一示例性实施例，

图5示出了光学传感器的另一示例性实施例，

图6示出了光学传感器的另一示例性实施例,和

图7示出了示例性第一模制工具。

具体实施方式

图1示出了光学传感器的示例性实施例。该图描绘了光学传感器的横截面，该光学传感器包括半导体衬底(作为晶片10的一部分)、集成电路20、第一模制结构30和第二模制结构40。

光学传感器与多个其他传感器一起在晶片级上制造，这将在下面更详细地讨论。然而，在最后一个步骤中，承载多个光学传感器的晶片被单片化为最终的光学传感器封装，例如图1中所示的那个。

衬底(作为晶片10的一部分)包括若干硅通孔14，这些硅通孔14电连接上表面11和背表面12。再分布层15和多个焊球(凸块)16位于背表面12上。集成电路20在上表面11上集成到衬底中，并且包括光敏部件21。此外，集成电路20借助于硅通孔14与背表面13电连接，并且能够通过焊球16接触。在该特定实施例中，集成电路20包括作为光敏部件21的光电二极管。

第一模制结构30布置在上表面11上，并且位于具有光敏部件21的集成电路20上方。第一模制结构30相对于孔31对准，并且包括在暴露区域(即光敏部件21)上方形成锥形形状的透明模制材料。第一模制结构30具有低曲率的上表面32并且被布置在第二模制结构40中的孔31封闭。侧壁33是锥形的，使得第一模制结构30的轮廓朝向底部34加宽，底部34与集成电路20接合。因此，第一模制结构30的轮廓在底部34处比在顶部32处更大。流道结构35位于光学传感器的两个相对侧。这些是施加的透明第一模制结构30的剩余部分，并且布置在第一模制结构30的侧36。

在该实施例中，第一模制结构30不是完全对称的，而是侧壁33围绕轮廓具有不同的倾斜角度。这考虑了光敏部件21相对于衬底的实际位置。在这个特定实施例中，光敏部件21沿着平行于上表面11的方向稍微移位，但是相对于穿过孔31的中心线保持对准。然而，在其他实施例中，光敏部件21能够是居中的，第一模制结构30的轮廓能够围绕中心线对称。基本上，可以调整第一模制结构30的轮廓以适合光敏部件21的位置。

更详细地，第一模制结构30的侧面是两个流道结构35。流道结构35是通过传递模制制造光学传感器的结果，这将在下面更详细地讨论。基本上，由于在晶片级模制期间，模制材料通过互连的通道37在布置于第一模制工具的腔38之间流动，一定量的第一模制材料被设置在晶片上(例如在侧36处)。该结构在下文中将表示为“流道结构”。流道结构35使在晶片上一起制造的光学传感器的相应第一模制结构互连。

此外，光路阻挡结构50布置在晶片10的上表面11上。实际上，光路阻挡结构50位于流道结构35(即，由第一模制工具1中的互连通道37产生的结构)处或附近。由于通常每次不仅仅制造单个光学传感器，所以将晶片切割成单个光学传感器单元。因此，光路阻挡结构50位于光学传感器的边缘36或边界处。

光路阻挡结构50由光阻材料制成，例如不透明模制材料。该结构具有一定的高度和宽度，在该实施例中，高度和宽度至少对应于分别位于光路阻挡结构50处的流道结构35的宽度。在该特定实施例中，光路阻挡结构50的宽度对应于光学传感器的宽度，例如第一模制结构30所在衬底的宽度。

光路阻挡结构50在流道结构35围绕它们弯曲的意义上构成屏障。因此，流道结构35围绕光路阻挡结构50成形。这具有进入流道结构35的光不能直接进入第一模制结构30的效果，因为相应的光路由于流道结构的形状和几何特征被阻挡。此外，流道结构的形状被弯曲，使得甚至反射的光被阻挡而不到达光敏部件21。例如，图1中的流道结构35具有凹槽38，其能有效地阻挡光。通过在流道结构35上添加光阻涂层可以进一步支持这种效果，从而减少反射和/或折射。

在该实施例中，第一模制结构40完全被第二模制结构30包围，只打开由第一模制结构30顶部上的孔31限制的区域。第二模制结构40保护光学传感器免受光学杂散光的影响，并且有效地构成传感器封装的壁41。第二模制结构40的上表面42基本上与孔31共面或齐平，即与第一模制结构30的上表面21共面或齐平。基本上，这种特性通过下面描述的特定制造方法实现，但是能够通过进一步的平面化或锯切来辅助。第二模制结构40能够设置有额外的光学特性。例如，孔31附近的上表面21可以具有光学透镜形状，并且可以将入射光聚焦到光敏部件21。

在第一和第二模制结构30、40的顶部，布置有漫射层60并覆盖整个光学传感器封装。漫射层60可以通过晶片级模制施加到上表面42上，因此，提供了将可调漫射集成到封装中的有效方式，并且增加了光学传感器的视野。替代地，可以通过其他方式添加漫射层60，例如通过将预制的漫射层粘附到上表面42。

图2示出了生产光学传感器的方法的示例性实施例。该图示出了一个示意性的流程来说明所提出的方法。基本上，该方法能够概括为五个一般步骤1至5，其中第五步骤5是可选的。所有步骤都能够在晶片级处理，即光学传感器的每个部件(例如，集成电路20、第一模制结构30、第二模制结构40、光路阻挡结构50和漫射层60)能够在仍是晶片10的一部分时被制造，同时，或者在晶片级处理期间附接到晶片10。术语“晶片级”表示在光学传感器仍然是晶片10的一部分(即，不单片化或切成单个模制或单元)时执行处理步骤。因此，所提出的方法能够被认为是晶片级芯片级封装方法。

第一步骤1涉及借助于半导体工艺(诸如CMOS工艺)处理晶片正面和背面，即上表面11和背表面12。该图示出了晶片10，其具有布置在上表面11上的一个(或更多个)集成电路20。集成电路20各自具有至少一个光敏部件21，例如光电二极管或红外光电二极管。通常，晶片10包括多个集成电路20，它们彼此并排安装或集成。出于更容易解释的原因，附图仅示出了单个芯片。每个集成电路21安装在晶片10的上表面11上或集成在晶片10的上表面11中。

通过硅通孔14(未示出)，例如通过硅通孔(TSV)工艺，建立到晶片10的背面或背表面12的电连接。此外，在晶片10的背表面12处布置再分布层15。再分布层15能够是背表面12上的金属层，其使得集成电路的输入/输出焊盘或输入/输出端在其他位置可用。例如，再分布层15包括晶片背表面12上的凸块下的金属。

第二步骤2涉及将光路阻挡结构50施加于上表面11上。光路阻挡结构50的不同实施例是可能的，并且将在下面的图3至6中进一步详细讨论。基本上，实现了一个或更多个光路阻挡结构50。由于它们的存在和几何尺寸，它们以某种方式确定和成形流道结构35和/或用作阻挡元件本身或阻挡杂散光。

第三步骤3涉及对第一透明模制结构30的模制。在根据上述第一和第二步骤1、2制备晶片10并组装电子元件和电路之后，构造晶片级封装。该封装至少包括第一和第二模制结构30、40。第一模制结构30包括透明模制材料，并且在下文中将表示为透明模制结构。第二模制结构40包括不透明模制材料，并且在下文中将表示为不透明模制结构。

透明模制结构30是通过向晶片10施加透明模制化合物的结构化层来生产的。实际上，例如，透明模制结构选择性地施加在晶片上表面11上的光学暴露区域上方，即光敏部件21上方。该第三步骤3能够通过晶片级模制施加到整个晶片上表面11，从而形成对称、圆锥形或其他锥形形状，从而形成透明模制结构30。

透明模制结构30借助于第一模制工具1制造，该第一模制工具1具有一个或更多个腔38。一个或更多个腔38限定透明模制结构30的形状。第一模制工具1建立互连通道37的系统，通过互连通道37，模制材料能够通过在通道37之间流动进入腔38中。这样，包括透明模制材料的流道结构35的系统布置在晶片10的前表面上。因此，透明模制结构30借助于流道结构35彼此连接(详情参见下图)。

例如，晶片级模制涉及在整个晶片区域上方对液态模制材料进行传递模制，即借助于第一模制工具1对晶片10的上表面11施加晶片级模制。任何热固性材料都能够用作模制材料，例如环氧树脂或聚酰胺树脂或硅树脂。能够添加其他颗粒，例如颜料、金属颗粒或纳米颗粒，以便微调透明模制的机械和光学性能。

光路阻挡结构50确定流道结构35的形状和几何特征。例如，图2中的光路阻挡结构50是杆状的并且布置在上表面11上。因此，流经第一模制工具1中的互连通道37的模制材料需要围绕光路阻挡结构50流动或通过。以这种方式创建的流道结构35是弯曲的或曲线性的。此外，光路阻挡结构50还不仅用作模制材料的屏障，而且用于阻挡杂散光进入透明模制结构30。

图2所示的第四步骤4涉及施加第二模制结构40。这种不透明模制结构被施加在晶片10上，例如施加到整个晶片上表面11和透明模制结构30上方。例如，这能够通过将平坦的或结构化的第二模制工具2定位在透明模制结构30上方，并用不透明模制材料填充第二模制和透明模制结构30之间产生的腔来实现。施加不透明模制以在透明模制结构30上打开孔31。这样，光敏部件21仍然暴露于入射光。

例如，环氧树脂或硅氧烷能够用作第二模制材料。能够添加其他颗粒，例如颜料、金属颗粒或纳米颗粒，以便微调不透明模制的机械和光学性能。例如，对于透明和不透明模制结构30、40，能够使用相同的模制材料。借助于添加剂，相同的模制材料能够制成透明的或不透明的。术语“透明”或“不透明”是相对于要通过所提出的光学传感器检测或发射的目标光定义的。

换句话说，在晶片级施加具有不同性质的模制材料以在每个光学传感器上产生光学暴露区域，有效地产生阻挡来自侧面的光的、围绕光敏部件21的壁41，并提供集成工艺以有效地生产小型封装。得到的光学传感器封装(即包括透明和不透明模制结构30、40)具有限定的总高度、在传感器上方的暴露的顶部和孔31、以及不透明的侧壁41，该侧壁41阻挡从该侧入射的大部分光到达光敏部件21。

图2中所示的可选的第五步骤5涉及施加漫射层60。漫射层60至少覆盖孔31上方的区域。如本实施例所示，漫射层60可以覆盖不透明模制结构的整个表面32或仅覆盖该不透明模制结构的更少部分。例如，该部分的量取决于应通过光学传感器收集的最大或期望的入射角。漫射层60也是通过晶片级模制制造的，例如，使用具有光散射颗粒的透明模制材料。

漫射层60将从不同入射角度入射的光的某一部分聚集到孔31上方的区域中、通过孔31，并射向光敏部件21。这导致更宽的角度视野，同时光学传感器上的入射角(由传感器看到的视野)仍然保持在一定边界内。

图3示出了光学传感器的另一示例性实施例。该图从第一侧(A)、第二侧(B)和俯视方向(C)示出了示例性光学传感器的等距视图。

基本上，图3中所示的光学传感器对应于图2中所示的传感器，即，分别在衬底的边缘处施加光路阻挡结构50，例如通过晶片级模制或其他方式。流道结构35由通过光路阻挡结构50上方的模制工具1中的相应通道37进入的模制材料创建，然后朝着上表面11弯曲。

在该实施例中，在模制任何模制结构30、40之前，将光路阻挡结构50施加到传感器晶片上表面11上(参见图2)。在随后施加的透明模制结构30中，模制材料需要围绕或绕过光路阻挡结构50流动。所得到的流道结构35的形状阻挡从封装外部通过流道结构35到透明模制结构30内部的光敏部件21的大部分或全部直接光路。透明模制结构30和光路阻挡结构50进一步被来自不透明模制结构40的不透明模制包围。因此，不透明模制结构40形成孔31和期望的封装形状，并提供额外的光阻挡功能。诸如漫射层60的附加层可以施加在顶部。

图4示出了光学传感器的另一示例性实施例。该图从第一侧(A)、第二侧(B)和俯视方向(C)示出了示例性光学传感器的等距视图。

该实施例基于图3中所示的实施例。光路阻挡结构50在模制任何模制结构30、40之前被施加到上表面11上(参见图2)，例如通过晶片级模制或其他方式。流道结构35由经由模制工具1中的相应通道37进入的模制材料创建，即，透明流道结构35的下表面在衬底的上表面11上，但随后在光路阻挡结构50处上下弯曲。

流道结构35是用于填充透明模制结构30的通道37的剩余部分并且成形为使得从封装外部通过流道结构35进入透明模制结构30的直接光路数量减少。透明模制结构30和光路阻挡结构50被来自不透明模制结构40的不透明模制材料包围。因此，不透明模制结构40形成孔31和期望的封装形状，并提供额外的光阻挡功能。诸如漫射层60的附加层可以施加在顶部。

图5示出了光学传感器的另一示例性实施例。该图从第一侧(A)和俯视方向(C)示出了示例性光学传感器的等距视图。

在该实施例中，光路阻挡结构50形成为区域流道，即，透明结构通过相对低的高度的平面连接，上表面11上没有无透明材料的区域。因此，没有互连通道，而是在第一模制工具中使用加宽通道。光路阻挡结构50包括框架，该框架包围光敏区域21以阻挡来自所有方向的光。因此，在施加透明模制结构30之前形成光路阻挡结构50以包围光敏区域21。为了随后施加透明模制结构30，布置第一模制工具1以创建“区域流道”，即，整个上表面21被一层透明模制材料覆盖，而不是创建具有无模制表面区域的专用流道结构。区域流道和光路阻挡结构50的几何特征使得从外部到传感器的大多数或全部直接光路被阻挡。

图6示出了光学传感器的另一示例性实施例。该图从第一侧(A)、第二侧(B)和俯视方向(C)示出了示例性光学传感器的等距视图。

在该实施例中，光路阻挡结构50借助于专用的第一模制工具1，例如通过晶片级模制或其他方式施加在上表面11上。第一模制工具1包括一个或更多个弯曲通道37，该通道37使布置在模制中的腔38互连。因此，当模制材料进入上表面21时，弯曲通道37允许模制材料形成弯曲流道结构35。换句话说，光路阻挡结构50不是在模制之前施加的专用结构。事实上，光路阻挡结构50是流道结构35的结构特征，即第一模制结构30的特征。流道结构35位于上表面11上，但是在这个平面上弯曲，使得没有给出从侧面到传感器芯片的直接光路。

图7示出了示例性的第一模制工具。该图描绘了具有腔38的第一模制工具1的一部分。该模制工具位于集成电路20的光敏感区域21的上方，该集成电路20布置在晶片10上。这样，能够在暴露区域上选择性地施加模制材料。腔38具有锥形或从上到下加宽的其它锥形轮廓。腔38的侧壁38a是锥形的，使得轮廓朝向底部加宽。

如果通道37设置在集成电路20上方并且以光敏部件21为中心，则通道37在模制工具1的两个相对侧面打开。这些通道允许透明第一模制材料进入腔38并填满轮廓。第一模制工具1设置在光路阻挡结构50上方，在之前的步骤中，该光路阻挡结构50被布置在上表面11上。因此，使模制材料围绕光路阻挡结构50流动或移动，并形成弯曲的流道结构35。弯曲是由光路阻挡结构50的几何特征决定的，并且该弯曲防止光经由流道结构35进入第一模制结构30。

附图标记

1模制工具

10晶片

11上表面

12 背表面

14 硅通孔

15 再分布层

16焊球(凸块)

20集成电路

21 光敏部件

30 第一模制结构

31 孔

32(第一模制结构的)上表面

33 侧壁

34 底部

35 流道结构

36 侧

37 通道

38 腔

38a 侧壁

39 凹槽

40 第二模制结构

41 壁

42(第二模制结构的)上表面

50 光路阻挡结构

60 漫射层

S1 程序步骤

S2 程序步骤

S3 程序步骤

S4 程序步骤

S5 程序步骤

Claims (16)

1.一种在晶片级生产光学传感器的方法，包括步骤：

-提供具有上表面(11)和背表面(12)的晶片(10)，

-在晶片的上表面(11)处或附近布置具有光敏部件(21)的至少一个集成电路(20)，

-将第一模制工具(1)设置在所述至少一个集成电路上方，使得在所述第一模制工具和所述上表面(11)之间保留至少一个通道(37)，以输入第一模制材料，

-经由所述至少一个通道(37)，通过晶片级模制第一模制材料来形成第一模制结构(30)，其中第一模制材料创建至少一个流道结构(35)，

-将第二模制工具(2)设置在所述第一模制结构(30)上方，并借助于所述第二模制工具(2)通过晶片级模制第二模制材料来形成第二模制结构(40)，以及

-在所述上表面(11)上布置光路阻挡结构(50)，以阻挡光经由所述至少一个流道结构(35)进入，其中，

-借助于第一模制工具(1)并且通过对所述至少一个流道结构(35)进行成形，将光路阻挡结构(50)布置在第一模制结构(30)中，以阻挡到光敏部件(21)的光路。

2.根据权利要求1所述的方法，其中

-由于使用光学透明的模制材料作为第一模制材料，所述第一模制材料是至少部分透明的，并且

-由于使用光学不透明的模制材料作为第二模制材料，所述第二模制材料是至少部分不透明的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一模制工具(1)中的至少一个通道(37)是弯曲的，并且所述至少一个流道结构(35)具有弯曲的形状，使得经由流道结构(35)到达光敏部件(21)的直接光路被阻挡。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过施加光阻材料将光路阻挡结构(50)布置在上表面(11)上。

5.根据权利要求1所述的方法，其中

-在晶片级模制第一模制结构(30)之前，将光路阻挡结构(50)布置在上表面(11)上，并且

-使经由至少一个通道(37)输入的第一模制材料围绕光路阻挡结构(50)通过。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，借助于在上表面上模制不透明的模制材料来布置光路阻挡结构(50)。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述光路阻挡结构(50)布置在光敏部件(21)周围，并至少部分地包围光敏部件(21)。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在晶片级模制第一模制结构(30)和/或第二模制结构(40)之前或之后

-借助于至少一个衬底通孔将上表面(11)和背表面(12)电连接，

-将包括至少一个金属层的再分布层(15)布置在晶片(10)的背表面(12)上，

-将至少一个衬底通孔与再分布层(15)电连接，并且

-再分布层(15)被提供有用于附接一个或更多个凸块的凸块下金属层。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中

-所述第一模制工具(1)是结构化的并且包括至少一个腔，并且第一模制材料经由一个或更多个通道(37)被施加到至少一个腔中，

-所述第二模制工具(2)是平坦的或结构化的，其具有至少一个开口，以在光敏部件(21)上方形成至少一个孔。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个腔是圆锥形腔或其他锥形腔。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一模制工具(1)包括多个腔(38)，每个腔由通道(37)互连，并且第一模制材料通过互连的通道(37)被施加到腔(38)。

12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将一个或更多个漫射层(60)施加到所述第二模制结构(40)上。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其中

-经由所述至少一个通道(37)，通过对液体的第一模制材料进行晶片级传递模制来形成所述第一模制结构(30)，

-所述第一模制材料创建流道结构(35)作为模制过程的剩余部分，并且

-流道结构(35)位于集成电路(20)的两个相对侧。

14.一种光学传感器，包括：

-半导体衬底，其具有上表面(11)和背表面(12)，

-至少一个集成电路(20)，其位于上表面(11)处或附近，具有光敏部件(21)，

-第一模制结构(30)，其包括第一模制材料，具有在第一模制结构(30)的侧面的至少一个流道结构(35)，

-第二模制结构(40)，其包括第二模制材料并包围第一模制结构(30)，以及

-光路阻挡结构(50)，其布置在上表面(11)上，并设计成阻挡光经由至少一个流道结构(35)进入，其中，

-所述至少一个流道结构(35)围绕所述光路阻挡结构(50)成形或者是弯曲的，以便阻挡光经由所述至少一个流道结构(35)进入。

15.根据权利要求14所述的光学传感器，其中

-所述第一模制材料是至少部分光学透明的，并且

-所述第二模制材料是至少部分光学不透明的。

16.根据权利要求14或15所述的光学传感器，其中，光路阻挡结构(50)包括

-至少一个流道结构(35)，其用于阻挡到光敏部件(21)的光路，和/或

-光阻材料，其布置在上表面(11)上。