CN109872986A - 光学传感器的封装结构及光学传感器的封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了光学传感器的封装结构及光学传感器的封装方法，所述封装结构包括传感器模组和保护玻璃模组，其中，传感器模组的多个光学传感器嵌于第一成型层，每个光学传感器包括一个发射芯片和一个接收芯片，多个发射芯片的出光面和多个接收芯片的感光面在同一方向；保护玻璃模组的玻璃单元贯穿并嵌于第二成型层，传感器模组与保护玻璃模组贴合，并且，多个玻璃单元一一对应地覆盖多个发射芯片的出光面以及多个接收芯片的感光面。由于发射芯片和接收芯片嵌于第一成型层，而对应的玻璃单元嵌于第二成型层，从而可以降低封装结构的厚度。本发明还提供了光学传感器的封装方法。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别涉及光学传感器的封装结构及光学传感 器的封装方法。
背景技术
光学传感器是一种能够感受外部光线并将其转换成电信号的半导体器 件装置。将光学传感器进行封装可形成光学传感器的封装结构，光学传感 器的封装结构例如可用于摄像头、智能手机、数码相机、汽车图像系统和 玩具等电子设备。
现有技术中常用的一种光学传感器的封装方法为COB(Chip On Board，板上芯片)封装，是将光学传感器用导电或非导电胶贴合在互联基 板(通常采用PCB板)上，然后进行引线键合实现其电气连接，之后在光 学传感器的感光面上通过粘合剂覆盖一保护玻璃(例如为红外玻璃，即对 红外线具有过滤功能的玻璃)，以保护光学传感器的感光面。
图1是利用现有技术的COB封装得到的一种光学传感器的封装结构的 剖面示意图，如图1所示，在垂直于光学传感器10的感光面11(即接收外 界光线的区域)的方向上，光学传感器封装结构包括背面金属电极16、互 联基板15、光学传感器10(包括基底12、感光面11、接收电极13)、覆 盖感光面11的保护玻璃14以及连接焊盘13与互联基板15的金属引线17。 但是，发明人研究发现，图1所示的封装结构中，光学传感器10位于互联 基板14和保护玻璃14之间，三者叠加使得封装结构的厚度(即垂直于感 光面的方向上的距离)较大；另外，在对多个光学传感器10进行封装时， 需要先将多个光学传感器10与一整块保护玻璃14贴合，然后对保护玻璃 14进行切割，但是由于切割精度低，所形成的封装模块尺寸较大。
发明内容
本发明的目的是降低光学传感器的封装结构的厚度，使封装模块小型 化。
为实现上述目的，本发明提供了一种光学传感器的封装结构，包括：
传感器模组，所述传感器模组包括第一成型层以及嵌于所述第一成型 层的多个光学传感器，每个所述光学传感器包括一个发射芯片和一个接收 芯片，多个所述发射芯片的出光面和多个所述接收芯片的感光面在同一方 向；以及保护玻璃模组，所述玻璃模组包括第二成型层以及贯穿并嵌于所 述第二成型层的多个玻璃单元；其中，所述传感器模组与所述保护玻璃模 组贴合，并且，所述多个玻璃单元一一对应地覆盖所述出光面以及所述感光面。
可选的，在垂直于所述感光面的方向上，所述第一成型层的厚度大于 或者等于所述发射芯片和所述接收芯片中的每个的厚度，以及所述第二成 型层的厚度大于或者等于所述玻璃单元的厚度。
可选的，在平行于所述感光面的方向上，所述玻璃单元的面积与对应 覆盖的感光面或出光面的面积相同。
可选的，所述第一成型层和/或所述第二成型层包括对可见光是不透明 的绝缘材料。
可选的，所述发射芯片包括设置于所述出光面一侧的发射正电极以及 设置于背离所述出光面一侧的发射负电极，所述接收芯片包括设置于所述 感光面一侧的接收电极。
可选的，所述传感器模组还包括贯穿所述第一成型层的发射芯片导线 和接收芯片导线，其中，所述发射芯片导线与所述发射正电极相邻，所述 接收芯片导线与所述接收电极相邻。
可选的，所述传感器模组还包括在所述感光面一侧依次叠加设置的第 一钝化层、薄膜金属层以及第二钝化层，其中，所述第一钝化层覆盖所述 第一成型层在所述感光面一侧的表面、所述接收电极以及所述发射正电极， 所述薄膜金属层设置于所述第一钝化层表面，所述第二钝化层覆盖所述薄 膜金属层。
可选的，所述薄膜金属层通过在所述第一钝化层中设置的多个接触孔 使所述发射芯片导线与所述发射正电极电连接，以及使所述接收芯片导线 与所述接收电极电连接。
可选的，所述传感器模组的第二钝化层与所述第二成型层通过粘合剂 贴合。所述第一钝化层和所述第二钝化层包括对可见光不透明的绝缘材料。
可选的，所述传感器模组还包括在远离所述感光面一侧依次叠加设置 的第三钝化层和背面金属层，所述第三钝化层覆盖所述第一成型层、所述 发射芯片和所述接收芯片中的每个远离所述感光面一侧的表面，所述背面 金属层设置于所述第三钝化层表面。
可选的，所述背面金属层通过设置于所述第三钝化层中的多个接触孔 与所述接收芯片导线电连接，以及所述背面金属层还与所述发射负电极电 连接。
另外，本发明还提供了一种光学传感器的封装方法，包括：
分别制作传感器模组和保护玻璃模组，其中，所述传感器模组包括嵌 于第一成型层的多个光学传感器，每个所述光学传感器包括一个发射芯片 和一个接收芯片，多个所述发射芯片的出光面和多个所述接收芯片的感光 面在同一方向，所述保护玻璃模组包括贯穿并嵌于第二成型层的多个玻璃 单元；以及将所述保护玻璃模组与所述传感器模组贴合，并且，所述多个 玻璃单元一一对应地覆盖所述出光面以及所述感光面。
可选的，所述传感器模组的制作方法包括如下步骤：
将将多个所述发射芯片和多个所述接收芯片间隔贴合在第一载板表 面，所述发射芯片和所述接收芯片之间形成有第一空隙，所述发射芯片包 括设置于所述出光面一侧的发射正电极和设置于远离所述出光面一侧的发 射负电极，所述接收芯片包括设置于所述感光面一侧的接收电极；
制作第一成型层，所述第一成型层覆盖所述发射芯片和所述接收芯片 之间的第一载板表面并填充所述第一空隙，所述第一成型层的厚度大于或 者等于所述发射芯片和所述接收芯片中的每个的厚度；
移除第一载板，形成贯穿所述第一成型层的若干通孔，在所述通孔内 填充导电材料以形成与所述发射正电极相邻发射芯片导线和与所述接收电 极相邻的接收芯片导线；
在所述感光面一侧依次叠加形成第一钝化层、薄膜金属层以及第二钝 化层，所述第一钝化层覆盖所述第一成型层在所述感光面一侧的表面、所 述接收电极以及所述发射正电极，所述薄膜金属层形成于所述第一钝化层 表面，所述薄膜金属层使所述发射芯片导线与所述发射正电极电连接，所 述薄膜金属层还使所述接收芯片导线与所述接收电极电连接，所述第二钝 化层覆盖所述薄膜金属层；以及
在所述发射负电极一侧依次叠加形成第三钝化层以及背面金属层，所 述第三钝化层覆盖所述第一成型层、所述发射芯片和所述接收芯片中的每 个远离所述感光面一侧的表面，所述背面金属层形成于所述第三钝化层表 面，并且所述背面金属层与所述接收芯片导线电连接，所述背面金属层还 与所述发射负电极电连接。
可选的，所述保护玻璃模组的制作方法包括如下步骤：
将多个玻璃单元贴合在第二载板表面，所述玻璃单元之间形成有第二 空隙，并且任意两个所述玻璃单元之间的距离与对应的嵌于所述第一成型 层的多个所述发射芯片和/或多个所述接收芯片之间的距离相等；
制作第二成型层，所述第二成型层覆盖所述多个玻璃单元之间的第二 载板表面并填充所述第二空隙，所述第二成型层的厚度大于或者等于所述 玻璃单元的厚度；以及移除第二载板。
可选的，所述光学传感器的封装方法还包括切割互相贴合的所述保护 玻璃模组与所述传感器模组以形成多个封装模块，每个所述封装模块包括 一个发射芯片和一个接收芯片。
本发明提供的光学传感器的封装结构和光学传感器的封装方法，所形 成的封装结构包括传感器模组和保护玻璃模组，其中，传感器模组包括嵌 于第一成型层内的多个光学传感器，每个光学传感器包括一个发射芯片和 一个接收芯片；保护玻璃模组包括贯穿并嵌于第二成型层的多个玻璃单元， 将传感器模组和玻璃模组贴合，与将光学传感器直接设置在独立的互联基 板和保护玻璃之间的方法相比，可以降低传感器模组的厚度，从而降低后 续形成的封装模块的厚度；另外，保护玻璃模组中的多个玻璃单元一一对 应地覆盖传感器模组中的发射芯片的出光面和接收芯片的感光面，在将所 述封装结构切割形成封装模块时，不需要再切割玻璃，有利于封装模块的 小型化。
进一步的，第一成型层和第二成型层包括对可见光是不透明的绝缘材 料，从而可以减少或避免不同的发射芯片以及接收芯片之间的信号串扰。
附图说明
图1是利用COB封装的光学传感器的封装结构的剖面示意图。
图2是本发明实施例的光学传感器的封装方法的流程示意图。
图3是本发明实施例的传感器模组的制作方法的流程示意图。
图4a至图4e是图3中各步骤的剖面示意图。
图5是本发明实施例的保护玻璃模组的制作方法的流程示意图。
图6a和图6b是图5中各步骤的剖面示意图。
图7是本发明实施例的光学传感器的封装结构的剖面示意图。
附图标记说明：
100-光学传感器；110-发射芯片；120-接收芯片；200-第一载板；300- 玻璃单元；400-第二载板；第一空隙10；20-第二空隙；111-出光面；110a- 发射正电极；110b-发射负电极；121-感光面；120a-第一接收电极；120b- 第二接收电极；130-第一成型层；131-第一表面；132-第二表面；133-发射 芯片导线；134-接收芯片导线；141-第一钝化层；142-薄膜金属层；143-第 二钝化层；151-第三钝化层；152-背面金属层；153-金属保护膜；310-第二 成型层；301-粘合剂。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的光学传感器的封装结构及封装 方法作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本发明的优点和特征将 更清楚，然而，需说明的是，本发明技术方案的构思可按照多种不同的形 式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。另外，附图均采用非常简化 的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施 例的目的。
在说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素 之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当 情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本发明实施 例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文 所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是 可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构 件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说 明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。
图2是本发明实施例的光学传感器的封装方法的流程示意图。图3是 本发明实施例的传感器模组的制作方法的流程示意图。图5是本发明实施 例的保护玻璃模组的制作方法的流程示意图。
如图2所示，本实施例的光学传感器的封装方法包括如下步骤：
S10：分别制作传感器模组和保护玻璃模组，其中，所述传感器模组包 括嵌于第一成型层的多个光学传感器，每个所述光学传感器包括一个发射 芯片和一个接收芯片，多个所述发射芯片的出光面和多个所述接收芯片的 感光面在同一方向，所述保护玻璃模组包括贯穿并嵌于第二成型层的多个 玻璃单元；
S20：将所述保护玻璃模组与所述传感器模组贴合，并且，所述多个玻 璃单元一一对应地覆盖所述出光面以及所述感光面。
进一步的，如图3所示，所述传感器模组的制作方法包括如下步骤：
S11：将一个光学传感器作为一个封装模块，将多个所述发射芯片和多 个所述接收芯片间隔贴合在第一载板表面，所述发射芯片和所述接收芯片 之间形成有第一空隙，所述发射芯片包括设置于所述出光面一侧的发射正 电极和设置于远离所述出光面一侧的发射负电极，所述接收芯片包括设置 于所述感光面一侧的接收电极；
S12：制作第一成型层，所述第一成型层覆盖所述发射芯片和所述接收 芯片之间的第一载板表面并填充所述第一空隙，所述第一成型层包括与所 述出光面同侧的第一表面和与所述发射负电极同侧的第二表面，并且，所 述第一成型层的厚度大于或者等于所述发射芯片和所述接收芯片中的每个 的厚度；
S13：移除第一载板，形成贯穿所述第一成型层的若干通孔，在所述通 孔内填充导电材料以形成与所述发射正电极相邻发射芯片导线和与所述接 收电极相邻的接收芯片导线；
S14：在所述感光面一侧依次叠加形成第一钝化层、薄膜金属层以及第 二钝化层，所述第一钝化层覆盖所述第一表面、所述接收电极以及所述发 射正电极，所述薄膜金属层形成于所述第一钝化层表面，所述薄膜金属层 使所述发射芯片导线与所述发射正电极电连接，所述薄膜金属层还使所述 接收芯片导线与所述接收电极电连接，所述第二钝化层覆盖所述薄膜金属 层；
S15：在所述发射负电极一侧依次叠加形成第三钝化层以及背面金属 层，所述第三钝化层覆盖所述第二表面、所述发射负电极一侧的所述发射 芯片和所述接收芯片的表面，并且暴露所述发射负电极，所述背面金属层 形成于所述第三钝化层表面，并且所述背面金属层与所述接收芯片导线电 连接，所述背面金属层还与所述发射负电极电连接。
进一步的，如图5所示，所述保护玻璃模组的制作方法包括如下步骤：
s11：将多个玻璃单元贴合在第二载板表面，所述玻璃单元之间形成有 第二空隙，并且任意两个所述玻璃单元之间的距离与对应的嵌于所述第一 成型层的多个所述发射芯片和/或多个所述接收芯片之间的距离相等；
s12：制作第二成型层，所述第二成型层覆盖所述多个玻璃单元之间的 第二载板表面并填充所述第二空隙，所述第二成型层的厚度大于或者等于 所述玻璃单元的厚度；
s13：移除第二载板。
图2中步骤S10包括制作传感器模组和保护玻璃模组，以下分别对传 感器模组和保护玻璃模组的制作方法做进一步介绍。
图4a至图4e是图3中各步骤的剖面示意图。以下结合图3和图4a至 图4e对本实施例的传感器模组的制作方法做进一步详细的说明。
结合图3和图4a，执行步骤S11，将一个发射芯片110和一个接收芯 片120作为一个封装模块，将多个发射芯片110和多个接收芯片120间隔 贴合在第一载板200表面，例如可以以发射芯片110和接收芯片120交替 方式排布，也可以以两个封装模块的发射芯片110(或接收芯片120)相邻 而接收芯片120(或发射芯片110)远离的方式排布，发射芯片110和接收 芯片120之间形成有第一空隙10，发射芯片110包括设置于出光面111一 侧的发射正电极110a和设置于远离所述出光面111一侧的发射负电极 110b，接收芯片120包括设置于感光面121一侧的接收电极(包括第一接 收电极120a和第二接收电极120b)。
需要说明的是，图4a中仅示出了在第一载板200上形成两个光学传感 器100即两个封装模块的情形，但本发明不限于此，在其他实施例中，光 学传感器100的数量也可以大于或小于两个，在某些实施例中，除了本实 施例中所述的发射芯片110和接收芯片120之外，还可以将其他功能的芯 片或器件，例如图像处理芯片、中央处理芯片、被动元器件(如电容、电 阻、电感等)等也作为封装模块的一部分，与光学传感器100相邻贴合在 第一载板200表面。本领域技术人员可以不脱离本发明的发明构思的范围 内，对光学传感器100的数量和位置分布进行变型。
发射芯片110例如是LED芯片，接收芯片120例如是CMOS或CCD 图像传感器芯片，但二者也可以是其他类型的芯片。本实施例中，每个光 学传感器100包括一个发射芯片110和一个接收芯片120，并且发射芯片 110的出光面111与接收芯片120的感光面121在同一方向，其中，发射芯 片110具有设置于出光面111一侧的发射正电极110a以及设置于远离出光面111一侧的发射负电极110b，本实施例中，发射负电极110b是面电极， 覆盖在发射芯片110与出光面111背离的表面，并且，发射负电极110b是 不透光的金属材料；接收芯片120具有设置于感光面121一侧的接收电极， 本实施例中，接收电极120a包括第一接收电极120a和第二接收电极120b。
所述第一载板200为一辅助(或临时性)载板，其材质例如为玻璃、 陶瓷或聚合物材料，其与发射芯片110或接收芯片120贴合的表面为平面， 所述表面可以是方形、圆形或其他形状。
在另一实施例中，第一载板200还可包括设置于其边缘的围墙，该围 墙的高度可以大于或者等于发射芯片110和/或接收芯片120的厚度(本实 施例中发射芯片110的厚度指的是出光面111和发射负电极110b之间的距 离，接收芯片120的厚度指的是感光面121和与之相对的另一面之间的距 离)，以便在后续形成第一成型层时可以对液态物质进行限定，此外，围 墙可设置为可拆卸结构以便在移除载板200先将该围墙移除。
本实施例中通过粘合剂(未示出)将发射芯片110的出光面111一侧 表面及接收芯片120的感光面121一侧表面与第一载板200贴合。在其他 实施例中，根据发射芯片110和接收芯片120的具体结构，也可以使二者 的另一侧表面贴合在第一载板200上，但应注意，贴合之后，多个发射芯 片110的出光面111和多个接收芯片120的感光面121在同一方向。
本实施例中，多个光学传感器100并非连续贴合在第一载板200表面， 而是任意两个发射芯片110和接收芯片120之间都具有间隔，即在第一载 板200表面形成多个第一空隙10，多个第一空隙10的大小可以不同，例 如可以将属于一个光学传感器100(即一个封装模块)的发射芯片110和接 收芯片120之间距离较近，而不同光学传感器100的发射芯片110和接收 芯片120之间距离较远，从而区别不同的光学传感器100。
结合图3和图4b，执行步骤S12，制作第一成型层130，第一成型层 130覆盖发射芯片110和接收芯片120之间的第一载板200表面并填充第一 空隙10，第一成型层130包括与出光面111同侧的第一表面131和与发射 负电极110b同侧的第二表面132，并且，第一成型层130的厚度大于或等 于所述发射芯片110和所述接收芯片120中的每个的厚度。
本实施例中，第一成型层130的厚度可以是第一表面131和第二表面 132之间的距离，并且第一成型层130的厚度与发射芯片110和接收芯片 120的厚度都相等，在另一实施例中，第一成型层的130的厚度可以大于 发射芯片110和接收芯片120中的每个的厚度，也可以仅大于部分发射芯 片110和接收芯片120的厚度，并且等于另一部分发射芯片110和接收芯 片120的厚度。
第一成型层130可包括吸收至少一部分光的绝缘材料、光反射绝缘材 料或光散射绝缘材料，还可以包括对可见光(例如波长在380～750nm范围 内的光)是半透明或不透明(或透过率接近于或等于零)的绝缘材料，并 且也可以包括对红外线(例如波长在750nm～1mm范围内的光)是半透明 或不透明(或透过率接近于或等于零)的绝缘材料。例如，第一成型层130 可包括诸如聚碳酸脂(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚砜、 聚苯醚、聚酰胺、聚醚酰亚胺、甲基丙烯酸树脂或环聚烯烃系树脂的热塑 性树脂，以及诸如环氧树脂、酚树脂、聚氨酯树脂、亚克力树脂、乙烯酯 树脂、酰亚胺类树脂、聚氨酯类树脂、尿素树脂或三聚氰胺树脂的热固性 树脂，或者诸如聚苯乙烯(PS)、聚丙烯腈等有机绝缘材料，但本发明不 限于此，例如在另一实施例中，第一成型层130还可包括如黑色矩阵(Black matrix)材料的不透明材料。
本实施例中第一成型层130优选为包括热固性树脂，例如包括环氧树 脂，热固性树脂的加入，可以提高第一成型层130在受热状态下的平整性 能，从而提高多个发射芯片110和多个接收芯片120的平整度，例如，在 环境测试温度达到260度时，设置有多个发射芯片110和多个接收芯片120 的第一载板200的平整度偏差小于20微米。而在相同测试温度下，利用现 有COB封装技术制作的同一互联基板上多个发射芯片110和多个接收芯片 120的平整度偏差大于70微米。
可以利用旋涂工艺在第一载板200的表面涂布环氧树脂。由于第一载 板200表面间隔贴合有多个发射芯片110和多个接收芯片120，因此，第一 成型层130会覆盖发射芯片110和接收芯片120之间的第一载板200的表 面，并且可通过设置环氧树脂的量使其填充第一空隙10，并且可以通过例 如刮板或者刻蚀的方法使所形成的第一成型层130与发射芯片110的发射 负电极110b一侧表面、接收芯片120的与感光面121相对的一侧表面基本 齐平，此时可以认为第一成型层130的厚度等于发射芯片110和接收芯片 120的厚度，但在另外的实施例中，第一成型层130也可以形成为高于发 射芯片110的发射负电极110b一侧表面和/或接收芯片120的与感光面121 相对的一侧表面。随后可以通过烘烤等方法使环氧树脂固化。
在另一实施例中，也可以利用喷墨打印(Ink Jet Printing，IJP)工艺在 制作第一成型层130。但不局限于此，第一成型层130的制作可以根据所 选择的材料的性质选择适当的工艺进行。
经过步骤S12，所得到的第一成型层130将发射芯片110和接收芯片 120包围，并且发射芯片110和接收芯片120嵌于第一成型层130中，第一 成型层130可作为互联基板使光学传感器100(包括发射芯片110和接收芯 片120)与外部电路形成电气连接，有利于减少后续形成的封装结构的厚 度。
结合图3和图4c，执行步骤S13，移除第一载板200，形成贯穿第一 成型层130的若干通孔，并在所述通孔内填充导电材料以形成发射芯片导 线133和接收芯片导线134。
本实施例中由于第一载板200与发射芯片110和接收芯片120通过粘 合剂粘接，该粘合剂例如是热熔胶，则可以通过加热第一载板200的方式 改变热熔胶的粘度，以将第一载板200去除。需要注意的是，去除热熔胶 的加热温度应低于第一成型层130的固化温度，以避免影响第一成型层130 的形状。在另一实施例中，该粘合剂的粘度可变，并且可以借以激光、红 外线或超声波等方式定位粘合剂的位置，同时加热第一载板200，使得该 粘合剂粘性变差，从而去除第一载板200。在又一实施例中，还可以在第 一载板200与接收芯片120的感光面121一侧分别施加使二者沿相反方向 移动的力，从而去除第一载板200，但本发明不限于此，例如也可以采用 激光剥离或机械切割的方式将第一载板200移除。
去除第一载板200之后，可在第一成型层130中通过机械打孔、激光 打孔或者干法刻蚀等方法形成贯穿所述第一成型层130的若干通孔。本实 施例中对于环氧树脂制作的第一成型层130，可以利用激光打孔工艺形成 通孔。通孔可围绕发射芯片110和接收芯片120分布，本实施例中，在与 发射芯片110的发射正电极110a相邻的第一成型层130中，以及与接收芯 片120的接收电极相邻的第一成型层130中，形成通孔；接着在通孔中填 充导电材料从而形成与发射正电极110a相邻的发射芯片导线133，并且形 成与接收电极相邻的接收芯片导线134。本实施例中，发射芯片导线133 和接收芯片导线134贯穿第一成型层130以便在第一表面131和第二表面 132之间形成电气互联。
可以通过例如电镀或者化学镀的方法在通孔中填充Cu(铜)形成发射 芯片导线133和接收芯片导线134。但本发明不限于此，导电材料还可以 是W(钨)、Ag(银)或Au(金)等导电金属、导电合金或者导电胶， 并且发射芯片导线133和接收芯片导线134的形成工艺也可以利用本领域 公知的其他方法。
结合图3和图4d，执行步骤S14，在感光面121一侧依次叠加形成第 一钝化层141、薄膜金属层142以及第二钝化层143，其中第一钝化层141 覆盖第一表面131、接收电极以及发射正电极110a，薄膜金属层142形成 于第一钝化层141表面，薄膜金属层142使发射芯片导线133与发射正电 极110a电连接，薄膜金属层142还使接收芯片导线134与接收电极电连接， 第二钝化层143覆盖薄膜金属层142。
具体的，参照图4d(与图4c相比，出光面111(或感光面121)一侧 朝上示意)，首先形成覆盖第一成型层130的第一表面131、接收芯片120 的接收电极120a以及发射芯片110的发射正电极110a的第一钝化层141， 第一钝化层141的厚度例如约5～25微米；接着，可以形成多个贯穿第一 钝化层141的接触孔，这些接触孔分别设置于接收芯片120的接收电极120a 正上方、发射芯片110的发射正电极110a的正上方，接着利用导电材料填 充这些接触孔，并在第一钝化层141表面制作图案化的金属薄膜从而形成 连接接收芯片导线134和接收电极并且连接发射芯片导线133和发射正电 极110a的薄膜金属层142；然后，形成第二钝化层143，第二钝化层143 的厚度例如约5～25微米，所述第二钝化层143覆盖薄膜金属层142，并且 本实施中，第二钝化层143还覆盖未被薄膜金属层142覆盖的第一钝化层 141在出光面111一侧的表面。
步骤S14中可以通过例如刻蚀方法使出光面111和感光面121为非覆 盖状态(即暴露于外部光线)。
第一钝化层141和第二钝化层143优选为对可见光是不透明(或透过 率接近于或等于零)的绝缘材料，另外，第一钝化层141和第二钝化层143 也可是是对红外光是不透明(或透过率接近于或等于零)的绝缘材料。第 一钝化层141和第二钝化层143可以是同种材料也可以是不同材料，本实 施例中第一钝化层141和第二钝化层143为高分子材料，例如是聚酰亚胺 (polyimides)、苯并环丁烯(BCB)或者聚对二恶唑苯(PBO)中的一种 或者他们的组合。第一钝化层141和第二钝化层143可以采用成膜、热固 化、光阻涂布、曝光、显影、气体灰化以及去除光阻等半导体工艺形成。 但本发明不限于此，第一钝化层141和第二钝化层143的成膜以及图案化 可以根据所选材料的性质选择适当的工艺进行。
上述接触孔可以采用例如半导体工艺中的干法刻蚀工艺形成。形成上 述接触孔之后，可以利用PVD(PlasmaVapor Deposition，等离子体气相沉 积)或者热蒸镀工艺在上述接触孔内部以及孔口区域形成金属种子层，接 着在该金属种子层上电镀金属以得到所需的厚度。然后再进行光阻涂布、 曝光、显影、蚀刻、去除光阻的工艺，使金属膜图案化从而形成薄膜金属 层142。薄膜金属层142具体可以是Cu、Ag、W或Au等金属材料、导电 合金、导电氧化物(例如ITO)，但不限于此，薄膜金属层142也可以是 导电的有机材料，例如导电聚合物，在某些实施例中，可以采用例如打印 的方式形成薄膜金属层142。薄膜金属层142位于第一钝化层142表面上 的厚度约3～10微米，优选3～5微米。
结合图3和图4e，执行步骤S15，在发射负电极110b一侧依次叠加形 成第三钝化层151以及背面金属层152，第三钝化层151覆盖第二表面132、 发射负电极110b一侧的发射芯片110和接收芯片120的表面，并且暴露发 射负电极110b，背面金属层152形成于第三钝化层151表面，并且背面金 属层152与发射芯片导线133和接收芯片导线134电连接，背面金属层152 还与发射负电极110b电连接。
本实施例中第三钝化层151可以选择与第一钝化层141或第二钝化层 143同类的材料以及半导体薄膜工艺形成。第三钝化层151的厚度约5～50 微米。
第一钝化层141、第二钝化层143及第三钝化层151可以包括对可见 光是半透明或不透明的绝缘材料，还可包括对红外光是半透明或不透明的 绝缘材料，第一钝化层141、第二钝化层143及第三钝化层151可以是高 分子材料，从而可以利用旋涂工艺形成，在另一实施例中，第一钝化层141、 第二钝化层143及第三钝化层151也可以包括无机材料，从而根据材料的 性质可以选择其他成膜工艺(例如CVD、PVD)。第三钝化层151覆盖第 一成型层130的第二表面132，并且还覆盖发射芯片110和接收芯片120 在发射负电极110b一侧的表面(即与出光面111和/感光面121背离的表 面)。
可以通过干刻或者其他去膜工艺在发射芯片导线133、接收芯片导线 134及发射负电极110b正下方的第三钝化层151中形成接触孔，以暴露发 射芯片导线133、接收芯片导线134及发射负电极110b，接着可在这些接 触孔中填充导电材料并形成背面金属层152。背面金属层152的形成方法 可以采用与薄膜金属层142相同或相似的工艺形成，也可以采用公知的其 他半导体工艺形成，本实施例中，可以在这些接触孔中利用PVD工艺填充 Cu，接着利用电镀工艺进行金属增厚，在第三钝化层151表面形成Cu膜， 随后进行刻蚀工艺，形成背面金属层152。
优选方案中，背面金属层152表面还形成有金属保护膜153。所述金 属保护膜153例如是NiAu(镍金)薄膜或者Sn(锡)膜。NiAu薄膜可采 用电镀工艺形成，而Sn膜可通过锡焊的工艺形成。
经过上述步骤S11至S15，所形成的传感器模组如图4e所示。其中， 多个光学传感器100嵌于第一成型层130，第二钝化层143、第一钝化层 141、第一成型层130、第三钝化层151和背面金属层152可以作为多个光 学传感器100的基底层，并且在第一成型层130中形成发射芯片导线133 和接收芯片导线134以进行电气互联，不需要额外的互联基板，与将光学 传感器直接贴合在独立的互联基板的方法相比，传感器模组的厚度(如本 实施例中第二钝化层143与背面金属层152之间的距离)较小；并且，光 学传感器100通过形成于第一成型层130中的发射芯片导线133、接收芯 片导线134、形成于感光面121(或者出光面111)一侧的薄膜金属层142 以及形成于发射负电极110b一侧的背面金属层152可以与外部电路进行电 气互联。
经过上述步骤S11至S15，发射芯片110的出光面111和接收芯片120 的感光面121为暴露外界光线状态。
下面主要描述本实施例光学传感器100即对发射芯片110的出光面111 和接收芯片120的感光面121进行玻璃封装的方法。
图6a和图6b是图5中各步骤的剖面示意图。以下结合图5、图6a和 图6b对本实施例中的保护玻璃模组的制作方法进行说明。
结合图5和图6a，执行步骤s11，将多个玻璃单元300间隔贴合在第 二载板400表面，玻璃单元300之间形成有第二空隙20，并且任意两个玻 璃单元300之间的距离与对应的嵌于第一成型层130的多个发射芯片110 的出光面111和/或多个接收芯片120的感光面121之间的距离相等。
具体的，所述玻璃单元300可以选择对红外线具有过滤作用的玻璃， 并且优选的，在平行于第二载板400表面的方向上，每个玻璃单元300的 截面积大于或者等于所对应的发射芯片110的出光面111或接收芯片120 的感光面121的面积，以便可以完全覆盖对应的出光面111或者感光面121。
结合图5和图6b，执行步骤s12和s13，制作第二成型层310，第二成 型层310覆盖多个玻璃单元300之间的第二载板400表面并填充第二空隙 20，并且在垂直于第二载板400表面的方向上，第二成型层310的厚度大 于或者等于玻璃单元300的厚度；接着移除第二载板400。
本实施例中，所述第二载板400与第一载板200的作用相似，为辅助 (临时性)载板，并且可以利用粘合剂(未示出)将多个玻璃单元300贴 合于第二载板400表面。
第二成型层310包括对可见光是半透明或不透明的绝缘材料，还可以 包括对红外光是半透明或不透明的绝缘材料，可以选择与第一成型层130 相同的工艺形成第二成型层310，并且玻璃单元300贯穿并嵌于第二成型 层310，即第二成型层310不遮住玻璃单元300的上下表面。在另一实施 例中，也可以采用塑封工艺将玻璃单元300贯穿并嵌于第二成型层310。
经过步骤s12，在垂直于第二载板400的方向，所形成的第二成型层 310的厚度应大于或者等于玻璃单元300的厚度。本实施例中，当第二载 板400表面上形成的第二成型层310和玻璃单元300的表面基本齐平时， 可以认为第二成型层310的厚度与玻璃单元300的厚度相等。
本实施例中，第二成型层310可以选择与第一成型层130相同或相似 的材料，例如第二成型层310可包括环氧树脂，待其固化之后再将第二载 板400移除，移除方法可以参照移除第一载板200的方法。本实施例中， 将多个玻璃单元300嵌于第二成型层310的结构称为保护玻璃模组。
在经过步骤S11至S15形成传感器模组，以及经过步骤s11至s13形 成保护玻璃模组之后，执行图2中的步骤S20，将所述保护玻璃模组与所 述传感器模组贴合，并且，所述多个玻璃单元300一一对应地覆盖多个发 射芯片110的出光面111以及多个接收芯片120的感光面121，从而形成光 学传感器100的封装结构，如图7所示。
图7是本实施例的光学传感器100的封装结构的剖面示意图。其中， 玻璃单元300与多个发射芯片110的出光面111以及多个接收芯片120的 感光面121一一对应，即每个发射芯片110的出光面111和每个接收芯片 120的感光面121均被对应的一个玻璃单元300覆盖，并且在出光面111 和感光面121以外的区域，第二成型层310与第二钝化层贴合固定，本实 施例中，利用粘合剂301将传感器模组和保护玻璃模组贴合固定，粘合剂 301的厚度约10微米。
本实施例中，由于第一成型层130的厚度大于或等于嵌于其中的光学 传感器100的厚度(即发射芯片110或接收芯片120的厚度)，而第二成 型层310大于或等于嵌于其中的玻璃单元300的厚度，并且，在出光面111 (或感光面121)一侧形成有叠加的第一钝化层141、薄膜金属层142以及 第二钝化层143，因此，步骤S20中，玻璃单元300与对应的出光面111 或感光面121可以互相不接触，仅通过第二成型层310与第二钝化层143 接触并贴合，从而可以避免施加在玻璃单元300上的载荷对所覆盖的发射 芯片110或者接收芯片120的影响。
本实施例中，玻璃单元300为红外玻璃，即玻璃单元300对红外线(例 如波长在750nm～1mm范围内的光)透光率接近于或等于零。
在形成图7所示的封装结构后，可以对此封装结构进行切割以形成多 个独立的封装模块，本实施例一个光学传感器100为一个封装模块，可以 从图7中虚线位置进行切割从而形成两个封装模块，每个封装模块包括一 个发射芯片110和一个接收芯片120。在其他实施例中，也可以将多个光学 传感器100作为一个封装模块进行切割。
本实施例中，由于切割面在垂直于感光面121(或出光面111)的方向 包括叠加的第二成型层310、第二钝化层143、第一钝化层141、第一成型 层130及第三钝化层151的截面，与直接切割整片玻璃形成封装模块的方 法相比，切割精度高，灵活性高，有利于封装模块的小型化。
利用本实施例的光学传感器的封装方法，先分别形成传感器模组和保 护玻璃模组，其中，传感器模组包括嵌于第一成型层130内的多个光学传 感器100，每个光学传感器100包括一个发射芯片110和一个接收芯片120； 保护玻璃模组包括贯穿并嵌于第二成型层310的多个玻璃单元300，将传 感器模组和保护玻璃模组贴合，与将光学传感器直接设置在独立的互联基 板和保护玻璃之间的方法相比，可以降低传感器模组的厚度，从而降低后续形成的封装模块的厚度；另外，第一玻璃单元300贯穿并嵌于第二成型 层310，第二成型层310为对可见光是半透明或不透明的绝缘材料，从而 可以减少或避免不同的发射芯片110以及接收芯片120之间的信号串扰； 另外，第一成型层130、第一钝化层141、第二钝化层143、第三钝化层151 及第二成型层310都可以选择对可见光为不透明(即透过率接近于或等于 零)的绝缘材料，从而减少或避免不同的发射芯片110以及接收芯片120 之间的信号串扰；进一步的，所形成的封装结构中，玻璃单元300一一对 应地覆盖多个发射芯片110的出光面111以及多个接收芯片120的感光面 121，保护玻璃模组的第二成型层310可以仅与传感器模组上的第二钝化层 143贴合固定，即玻璃单元300与出光面111和感光面121并不接触，从而 可以避免施加在在玻璃单元300上的载荷对出光面111和感光面121造成 影响，提高封装模块的可靠性。
本实施例还提供了一种光学传感器的封装结构，如图7所示，所述光 学传感器的封装结构包括：
传感器模组，传感器模组包括第一成型层130以及嵌于第一成型层130 的多个光学传感器100，每个光学传感器100包括一个发射芯片110和一个 接收芯片120，多个发射芯片110的出光面111和多个接收芯片120的感光 面121在同一方向；以及，
保护玻璃模组，保护玻璃模组包括第二成型层310以及贯穿并嵌于第 二成型层310的多个玻璃单元300；
其中，传感器模组与保护玻璃模组贴合，并且，所述多个玻璃单元300 一一对应地覆盖多个发射芯片110的出光面111以及多个接收芯片120的 感光面121。
所述传感器模组还包括在感光面121一侧依次叠加设置的第一钝化层 141、薄膜金属层142以及第二钝化层143，和在与之相对的发射负电极110b 一侧依次叠加设置的第三钝化层151和背面金属层152。
本实施例中，第一成型层130的厚度(即第一表面131第二表面132 之间的距离)大于或者等于发射芯片110和接收芯片120中的每个的厚度， 并且第二成型层310的厚度大于或者等于玻璃单元300的厚度。
本实施例中，发射芯片110还包括设置于出光面111一侧的发射正电 极110a以及设置于背离出光面111一侧的发射负电极110b，接收芯片120 还包括设置于感光面121一侧的接收电极(包括第一接收电极120a和第二 接收电极120b)。
在第一成型层130内设置有通孔，并且在所述通孔内填充有导电材料 构成与发射正电极110a相邻的发射芯片导线133和与接收电极相邻的接收 芯片导线134，在第一钝化层141及第三钝化层151中都设置有接触孔， 并且在接触孔中填充有导电材料从而在第一钝化层141表面设置薄膜金属 层142，以及在第三钝化层151表面设置背面金属层152，薄膜金属层142 通过设置于出光面110一侧的接触孔使接收芯片导线134和接收电极电连 接，并且使发射芯片导线133和发射正电极110a电连接，有助于发射芯片 110和接收芯片120在远离出光面111的一侧与外部电路形成电气互联；通 过设置于发射负电极110b一侧的接触孔，背面金属层152与发射芯片导线 133电连接，背面金属层152还和发射负电极110b电连接。
背面金属层152表面可设置有金属保护膜153，所述金属保护膜153 例如为NiAu薄膜或者Sn膜。
本实施例中，第一成型层130和/或第二成型层310包括对可见光是半 透明或不透明的绝缘材料，第一成型层130和/或第二成型层310还可包括 对红外线的是半透明或不透明的绝缘材料，以便减少或避免不同的发射芯 片110以及接收芯片120之间的信号串扰。
此外，保护玻璃模组通过第二成型层310与传感器模组的感光面121 一侧贴合，并且多个玻璃单元300一一对应地覆盖多个发射芯片110的出 光面111以及多个接收芯片120的感光面121。其中，玻璃单元300优选为 红外玻璃，即对红外线(例如波长在750nm～1mm范围内的光)具有阻挡 功能的玻璃，优选方案中，可选择对红外线的透过率接近于或等于零的玻 璃用于玻璃单元300。
具体的，可以通过粘合剂301使保护玻璃模组的第二成型层310与传 感器模组的第二钝化层143连接，粘合剂301的厚度约10微米。
本实施例中，在垂直于感光面121(或出光面111)的方向，第一成型 层130的厚度大于或等于发射芯片110和接收芯片120中的每个的厚度， 并且第二成型层310的厚度大于或等于玻璃单元300的厚度。玻璃单元300 平行于感光面121的截面面积大于或等于所覆盖的感光面121或出光面111 的面积。在感光面121一侧还设置有第一钝化层141和第二钝化层143， 因此，在将保护玻璃模组和传感器模组贴合之后，玻璃单元300可以不与 出光面111和感光面121接触，从而避免施加到玻璃单元300上的载荷对 出光面111和感光面121造成影响。
需要说明的是，本实施例中的方法和结构采用递进的方式描述，在后 的方法和结构的描述重点说明的都是与在前的方法和结构的不同之处，对 于本实施例公开的结构而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述 的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的 任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以 利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修 改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方 案的保护范围。
Claims (16)
1.一种光学传感器的封装结构，其特征在于，包括：
传感器模组，所述传感器模组包括第一成型层以及嵌于所述第一成型层的多个光学传感器，每个所述光学传感器包括一个发射芯片和一个接收芯片，多个所述发射芯片的出光面和多个所述接收芯片的感光面在同一方向；以及
保护玻璃模组，所述玻璃模组包括第二成型层以及贯穿并嵌于所述第二成型层的多个玻璃单元；
其中，所述传感器模组与所述保护玻璃模组贴合，并且，所述多个玻璃单元一一对应地覆盖所述出光面以及所述感光面。
2.如权利要求1所述的光学传感器的封装结构，其特征在于，在垂直于所述感光面的方向上，所述第一成型层的厚度大于或者等于所述发射芯片和所述接收芯片中的每个的厚度，以及所述第二成型层的厚度大于或者等于所述玻璃单元的厚度。
3.如权利要求1所述的光学传感器的封装结构，其特征在于，在平行于所述感光面的方向上，所述玻璃单元的面积与对应覆盖的感光面或出光面的面积相同。
4.如权利要求1至3任一项所述的光学传感器的封装结构，其特征在于，所述第一成型层和/或所述第二成型层包括对可见光是不透明的绝缘材料。
5.如权利要求1所述的光学传感器的封装结构，其特征在于，所述发射芯片包括设置于所述出光面一侧的发射正电极以及设置于背离所述出光面一侧的发射负电极，所述接收芯片包括设置于所述感光面一侧的接收电极。
6.如权利要求5所述的光学传感器的封装结构，其特征在于，所述传感器模组还包括贯穿所述第一成型层的发射芯片导线和接收芯片导线，其中，所述发射芯片导线与所述发射正电极相邻，所述接收芯片导线与所述接收电极相邻。
7.如权利要求6所述的光学传感器的封装结构，其特征在于，所述传感器模组还包括在所述感光面一侧依次叠加设置的第一钝化层、薄膜金属层以及第二钝化层，其中，所述第一钝化层覆盖所述第一成型层在所述感光面一侧的表面、所述接收电极以及所述发射正电极，所述薄膜金属层设置于所述第一钝化层表面，所述第二钝化层覆盖所述薄膜金属层。
8.如权利要求7所述的光学传感器的封装结构，其特征在于，所述薄膜金属层通过在所述第一钝化层中设置的多个接触孔使所述发射芯片导线与所述发射正电极电连接，以及使所述接收芯片导线与所述接收电极电连接。
9.如权利要求7所述的光学传感器的封装结构，其特征在于，所述传感器模组的第二钝化层与所述第二成型层通过粘合剂贴合。
10.如权利要求7至9任一项所述的光学传感器的封装结构，其特征在于，所述第一钝化层和所述第二钝化层包括对可见光不透明的绝缘材料。
11.如权利要求6所述的光学传感器的封装结构，其特征在于，所述传感器模组还包括在远离所述感光面一侧依次叠加设置的第三钝化层和背面金属层，所述第三钝化层覆盖所述第一成型层、所述发射芯片和所述接收芯片中的每个远离所述感光面一侧的表面，所述背面金属层设置于所述第三钝化层表面。
12.如权利要求11所述的光学传感器的封装结构，其特征在于，所述背面金属层通过设置于所述第三钝化层中的多个接触孔与所述接收芯片导线电连接，以及所述背面金属层还与所述发射负电极电连接。
13.一种光学传感器的封装方法，其特征在于，包括：
分别制作传感器模组和保护玻璃模组，其中，所述传感器模组包括嵌于第一成型层的多个光学传感器，每个所述光学传感器包括一个发射芯片和一个接收芯片，多个所述发射芯片的出光面和多个所述接收芯片的感光面在同一方向，所述保护玻璃模组包括贯穿并嵌于第二成型层的多个玻璃单元；以及
将所述保护玻璃模组与所述传感器模组贴合，并且，所述多个玻璃单元一一对应地覆盖所述出光面以及所述感光面。
14.如权利要求13所述的光学传感器的封装方法，其特征在于，所述传感器模组的制作方法包括：
将将多个所述发射芯片和多个所述接收芯片间隔贴合在第一载板表面，所述发射芯片和所述接收芯片之间形成有第一空隙，所述发射芯片包括设置于所述出光面一侧的发射正电极和设置于远离所述出光面一侧的发射负电极，所述接收芯片包括设置于所述感光面一侧的接收电极；
制作第一成型层，所述第一成型层覆盖所述发射芯片和所述接收芯片之间的第一载板表面并填充所述第一空隙，所述第一成型层的厚度大于或者等于所述发射芯片和所述接收芯片中的每个的厚度；
移除第一载板，形成贯穿所述第一成型层的若干通孔，在所述通孔内填充导电材料以形成与所述发射正电极相邻的发射芯片导线和与所述接收电极相邻的接收芯片导线；
在所述感光面一侧依次叠加形成第一钝化层、薄膜金属层以及第二钝化层，所述第一钝化层覆盖所述第一成型层在所述感光面一侧的表面、所述接收电极以及所述发射正电极，所述薄膜金属层形成于所述第一钝化层表面，所述薄膜金属层使所述发射芯片导线与所述发射正电极电连接，所述薄膜金属层还使所述接收芯片导线与所述接收电极电连接，所述第二钝化层覆盖所述薄膜金属层；以及
在所述发射负电极一侧依次叠加形成第三钝化层以及背面金属层，所述第三钝化层覆盖所述第一成型层、所述发射芯片和所述接收芯片中的每个远离所述感光面一侧的表面，所述背面金属层形成于所述第三钝化层表面，并且所述背面金属层与所述接收芯片导线电连接，所述背面金属层还与所述发射负电极电连接。
15.如权利要求13所述的光学传感器的封装方法，其特征在于，所述保护玻璃模组的制作方法包括：
将多个玻璃单元贴合在第二载板表面，所述玻璃单元之间形成有第二空隙，并且任意两个所述玻璃单元之间的距离与对应的嵌于所述第一成型层的多个所述发射芯片和/或多个所述接收芯片之间的距离相等；
制作第二成型层，所述第二成型层覆盖所述多个玻璃单元之间的第二载板表面并填充所述第二空隙，所述第二成型层的厚度大于或者等于所述玻璃单元的厚度；以及
移除第二载板。
16.如权利要求13所述的光学传感器的封装方法，其特征在于，还包括切割互相贴合的所述保护玻璃模组与所述传感器模组以形成多个封装模块，每个所述封装模块包括一个发射芯片和一个接收芯片。
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