CN109923669B - 用于制造光学传感器装置的方法和用于光学传感器的外壳 - Google Patents
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Abstract
提供了用于制造光学传感器装置(10)的方法。该方法包括：在载体(12)上设置至少两个光学传感器(11)，并在光学传感器(11)的背离载体(12)的一侧上设置覆盖材料(14)。该方法还包括：在覆盖材料(14)的背离载体(12)的顶侧(15)上为每个光学传感器(11)设置孔(13)，并在光学传感器(11)之间从载体(12)到覆盖材料(14)的顶侧(15)形成至少一个沟槽(16)，其中该沟槽(16)包括内壁(18)。另外，该方法包括：用不透明材料(19)涂覆内壁(18)，使得沟槽(16)的内部空间(20)不含不透明材料(19)，并且沿着至少一个沟槽(16)分离光学传感器装置(10)。另外提供了用于光学传感器的外壳。
Description
本申请涉及用于制造光学传感器装置的方法和用于光学传感器的外壳。
光学传感器广泛应用于许多不同的领域，诸如数码相机、移动电话、安保摄像机、医疗设备、汽车及其他应用。互补金属氧化物半导体结构和电荷耦合器件尤为重要，特别是对于小型器件而言。特别地，对于这些器件，需要更加小型化和更低的功耗。
对于许多光学传感器器件，要求光只能通过孔进入该器件。因此，光学传感器器件需要不透明的涂层或外壳。一种可能的解决方案是在光学传感器器件的外壳上涂上厚的涂层作为壁，例如用模具化合物涂。但是，这种情况下，生产过程复杂，而且增加了光学传感器器件的尺寸和重量。
本发明的目的是提供一种用于制造光学传感器装置的方法，使光学传感器装置的生产成本低且效率高。另外一个目的是提供一种用于光学传感器的外壳，该外壳能够以廉价和高效的方式生产。
根据用于制造光学传感器装置的方法的至少一个实施例，该方法包括在载体上设置至少两个光学传感器的步骤。该光学传感器例如能够是电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体器件、光电二极管、紫外线传感器或热电传感器。术语“光学”是指可见光、紫外线和红外线的范围。一个光学传感器装置也可以包括多个光学传感器。光学传感器能够在载体上生产或制造，并在载体上彼此相邻排列。每个光学传感器能够包括至少一个电触点，使得能够接触光学传感器，并且电触点彼此电隔离。载体能够为晶圆并且能够包括例如玻璃。
用于制造光学传感器装置的方法还包括在光学传感器背离载体的一侧上设置覆盖材料的步骤。覆盖材料能够覆盖在载体的整个横向延伸上的光学传感器。有利地，覆盖材料包括透明材料，使得光能够穿过该覆盖材料并被光学传感器检测。可以将光学元件布置成例如覆盖材料中的透镜。覆盖材料能够由玻璃、硅、聚合物或有机玻璃形成。
用于制造光学传感器装置的方法还包括在覆盖材料的背离载体的顶侧上为每个光学传感器提供孔的步骤。能够通过在覆盖材料顶侧上设置不透明的孔层(例如金属)来形成孔，其中，针对每个光学传感器形成至少一个孔。这意味着孔层包括光学传感器上方的洞，该洞形成孔。孔能够定位在光学传感器的上方，使得光学传感器能够检测到入射方向垂直于载体延伸的主平面的光。
用于制造光学传感器装置的方法还包括在光学传感器之间从载体朝向覆盖材料顶侧形成至少一个沟槽的步骤，该沟槽包括内壁。沟槽能够通过从载体侧朝向覆盖材料的顶侧切割载体和覆盖材料而形成。这意味着切割从载体朝向覆盖材料顶部的所有层和材料，以形成沟槽。切割之后，沟槽包括由沟槽的直径或横向范围给出的厚度。因此，沟槽包括与载体延伸的主平面大致垂直的内壁。如果在载体上相邻布置多个光学传感器，则能够在所有光学传感器之间形成沟槽。
用于制造光学传感器装置的方法还包括用不透明材料涂覆内壁的步骤，其中沟槽的内部空间不含不透明材料。这意味着在沟槽内壁上形成涂层。也可以将位于孔平面中的沟槽的底部表面也涂上不透明材料。有利地，涂层完全覆盖沟槽的内壁和底部表面，使得内壁和底部表面对于将被光学传感器检测的光和电磁辐射是不透明的。
涂层能够通过喷涂或物理气相沉积形成。有利地，不透明材料粘到玻璃或硅上并且包括小于100μm的厚度。不透明材料的厚度是在垂直于沟槽内壁延伸的主平面的方向上测量的。沟槽的直径或沟槽的横向延伸大等于不透明材料厚度的两倍。因此，沟槽未完全填满不透明材料，而只是沟槽的内壁涂有不透明材料。涂覆之后，沟槽包括在内壁之间不含不透明材料的内部空间。
不透明材料对于光和电磁辐射是不透明的，该光和电磁辐射将由光学传感器检测。对于大约1μm的厚度，不透明材料的光学密度或吸光度能够达到3到4.6。当不透明材料沉积在沟槽内壁上时，它在形貌上能够是平坦的，并且它能够对玻璃和硅呈现很好的粘附性。
用于制造光学传感器装置的方法还包括沿着至少一个沟槽分离光学传感器装置的步骤。这意味着在此步骤中，通过沿所述至少一个沟槽切割光学传感器装置使光学传感器装置完全分离。
由于光学传感器设置在载体上，其中该载体能够是晶圆，因此能够同时制造多个光学传感器装置。有利地，在载体上设置多个光学传感器装置。由于能够同时处理数千个光学传感器装置，因此能够非常高效地以较低的成本制造光学传感器装置。另外，通过在光学传感器之间形成沟槽能够更有效地将光学传感器装置的涂覆和光学传感器装置的分离结合起来。
用不透明材料涂覆沟槽的内壁包括优于模具支撑化合物的优点，即不透明材料能够是无机材料且能够包括类似于载体的热膨胀系数的热膨系数。因此避免了光学传感器装置中的热感应压力，并且不透明材料对玻璃晶圆的粘附性更高。另外，与典型的模具化合物相比，通过喷涂或物理气相沉积所形成的涂层能够非常薄，使得涂层能够非常薄且重量轻，这有利于应用于小型器件中。此外，用于制造光学传感器装置的方法与例如晶圆锯、喷涂和物理气相沉积工具之类的标准工业设备兼容。这使得能够高效且经济地生成光学传感器装置。
根据用于制造光学传感器装置的方法的至少一个实施例，每个光学传感器包括至少一个电触点，并且在沿着沟槽分离之前，电触点至少部分不含任何隔离材料。电触点能够布置在载体的背离光学传感器的底的部侧。电触点至少部分不含任何隔离材料意味着电触点能够电接触，使得能够在沿着沟槽进行分离之前对光学传感器装置进行测试。由于在分离之前内壁涂有不透明材料，光学传感器装置在分离之前完全起作用。这意味着能够在晶圆级别测试光学传感器装置，从而允许更有效且更廉价地生成光学传感器装置。
根据用于制造光学传感器装置的方法的至少一个实施例，电触点布置在载体的背离孔的底侧。电触点能通过穿过载体的硅通孔与光学传感器电连接。电触点能够包括焊接凸点。
根据用于制造光学传感器装置的方法的至少一个实施例，在涂覆沟槽期间电触点由第一保护膜保护。这意味着能够在载体的底侧施加第一保护膜，以保护电触点。第一保护膜能够粘在载体的底侧，使得其能够在沟槽涂覆之后被去除。
根据用于制造光学传感器装置的方法的至少一个实施例，第一保护膜在沟槽涂覆后被去除。这意味着能够电接触电触点并且能够在涂覆后对传感器装置进行测试。
根据用于制造光学传感器装置的方法的至少一个实施例，用不透明材料涂覆沟槽包括喷涂或物理气相沉积。这些涂覆方法的优点在于沟槽的涂层能够非常薄。另外，不透明材料能够是无机材料，其热膨胀系数能够类似于载体的热膨胀系数。
根据用于制造光学传感器装置的方法的至少一个实施例，沟槽包括底部表面，底部表面涂有不透明材料。该底部表面能够位于孔的平面中。
根据用于制造光学传感器装置的方法的至少一个实施例，沟槽内壁处的不透明材料的厚度小于100μm。内壁处的不透明材料的厚度是在垂直于沟槽内壁延伸的主平面的方向上测量的。沟槽的直径或沟槽的横向延伸大于不透明材料厚度的两倍。因此，沟槽未完全填满不透明材料，而是只有沟槽内壁涂有不透明材料。
根据用于制造光学传感器装置的方法的至少一个实施例，在每个光学传感器和相应的孔之间布置有透镜。这意味着透镜能够形成在覆盖材料内。在光学传感器和相应的孔之间还可以布置其他光学元件或滤光片。在光学传感器和相应的孔之间还可以布置几个光学元件。
根据用于制造光学传感器装置的方法的至少一个实施例，光学传感器各自包括互补金属氧化物半导体图像传感器。有利地，这些图像传感器的尺寸能够很小，而且功耗能够很小。
另外，提供了用于光学传感器的外壳。该外壳能够优选通过本文所述的方法之一来生产。这意味着所公开的用于制造光学传感器装置的方法的所有特征也针对用于光学传感器外壳的公开的，反之亦然。
在用于光学传感器的外壳的一个实施例中，外壳包括顶部外壳表面中的孔、至少一个电触点和形成外壳侧面处的涂层的不透明材料，其中，该侧面包括外壳的所有表面，但顶部外壳表面和底部外壳表面除外，该底部外壳表面背离顶部外壳表面。另外，外壳布置成容纳光学传感器，并且电触点不含不透明材料。外壳侧面处的涂层在形貌上是平坦的。
顶部外壳表面中的孔能够布置在外壳中光学传感器的上方，使得光学传感器能够检测到垂直于外壳表面入射的光。电触点能够布置在背离顶部外壳表面的底部外壳表面处。电触点能与外壳中的光学传感器电连接。涂层能够通过喷涂或物理气相沉积形成，使得能够形成薄涂层。由于不透明材料覆盖了外壳的所有侧面，因此只有通过孔进入的光能够被光学传感器检测到。由于在沉积不透明材料的过程中受到第一保护膜的保护，电触点上能够没有不透明材料。
涂层在形貌上是平坦的，这意味着在侧面的涂层上看不到边缘或切割痕迹。用于光学传感器的外壳能够在涂层沉积之前部分分离，使得在侧面的涂层处看不到切割或分离的痕迹。
相较于模具支撑化合物，涂层包括如下优点：不透明材料可以是无机材料，并且它能够具有类似于外壳部分的热膨胀系数的热膨胀系数。因此，避免了外壳中的热感应压力。另外，与典型的模具化合物相比，通过喷涂或物理气相沉积所形成的涂层能够非常薄，使得涂层能够非常薄且重量轻。另外，采用上述方法制造的光学传感器外壳能够以廉价和高效的方式生成。
在用于光学传感器的外壳的一个实施例中，涂层厚度小于100μm。涂层厚度是在垂直于外壳侧面的方向上测量的。相比于传统的模具化合物，该涂层能够非常薄并且重量轻，这对其在小型器件中的应用是有利的。
在用于光学传感器的外壳的一个实施例中，该光学传感器包括互补金属氧化物半导体图像传感器。有利地，这些图像传感器的尺寸能够很小，并且其功耗也能够很小。
在用于光学传感器的外壳的一个实施例中，该外壳是表面可安装的。这意味着电触点能够布置在外壳的底侧处，使得能够从外壳的底部电接触光学传感器。
在用于光学传感器的外壳的一个实施例中，外壳包括光学传感器。光学传感器能够是电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体器件、光电二极管、紫外线传感器或热电传感器。光学传感器也可以包括多个光学传感器。
在图1中示出了具有光学传感器和覆盖材料的载体的示例性实施例的剖视图。
参照图2至8，描述了用于制造光学传感器装置的方法的示例性实施例。
在图9和10中示出了用于光学传感器的外壳。
在图1中示出了具有光学传感器11和覆盖材料14的载体12的剖视图。参照该图，示出了用于制造光学传感器装置10的方法的示例性实施例的步骤。载体12能够包括硅或玻璃。光学传感器11布置在背离底部载体表面22的顶部载体表面21上，在底部载体表面22中布置有电触点23。电触点23能够包括焊接凸点。电触点23通过硅通孔24与光学传感器11电连接。硅通孔24穿过载体12朝向光学传感器11延伸。载体12包括针对每个光学传感器11的两个硅通孔24。第二焊接凸点能够与针对每个光学传感器11的两个硅通孔中的一个连接，第二焊接凸点能够布置在所描绘的电触点23后面，这样其在图1中的剖视图中不可见。
例如，光学传感器11能够是电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体器件、光电二极管、紫外传感器或热电传感器。在光学传感器11的上方布置光学滤光片25。在光学传感器11背离底部载体表面22的一侧上布置有覆盖材料14。覆盖材料14能够包括玻璃，并且其对于电磁辐射是透明的，该电磁辐射由光学传感器11检测。覆盖材料14包括在光学传感器11中的每一个的上方的透镜26。在这种情况下意味着透镜26布置在光学传感器11的背离底部载体表面22的一侧上。
在光学传感器11的上方布置覆盖材料14的第一部分27。覆盖材料14的第二部分28包括凹槽29。覆盖材料14的第二部分28粘到覆盖材料14的第一部分27，使得凹槽29布置在覆盖材料14的两部分27、28之间。这样，在凹槽29周围形成两个界面，该界面形成光学透镜26。在覆盖材料14的顶侧15上，形成针对每个光学传感器11的孔13。孔13布置在光学传感器11的上方，使得光学传感器11能够检测到垂直于载体12延伸的主平面入射的光。孔13形成在孔层30中，孔层30是不透明的，孔13除外。孔层30能够包括金属，并且布置在覆盖材料14的顶侧15上。在孔层30的顶部上布置覆盖层31。覆盖层31对于光和电磁辐射也是透明的，该光和电磁辐射由光学传感器11检测。
在图2中示出用于制造光学传感器装置10的方法的下一步骤。带17施加到覆盖层31。在底部载体表面22上施加第一保护膜32。由此，整个底部载体表面22被第一保护膜32覆盖，整个覆盖层31被带17覆盖。第一保护膜32能够连接到未示出的框架，使得第一保护膜32被框架固定，并且光学传感器装置10也被框架固定。
在用于制造光学传感器装置10的方法的下一步骤中，如图3中所示，在光学传感器11之间形成沟槽16。这意味着从第一保护膜32朝向孔层30切割所有层和材料。这意味着沟槽16是通过切割第一保护膜32、载体12和覆盖材料14而形成的。沟槽16布置在光学传感器11之间。沟槽16能够通过锯切过程形成。在左沟槽16中示出锯37。沟槽16包括内壁18和底部表面33。
在图4中示出了用于制造光学传感器装置10的方法的下一步骤。在此步骤中，具有第一保护膜32的底部载体表面22暴露于紫外线。由此，第一保护膜32的粘附力减小，使得在该方法的下一步骤中更容易去除第一保护膜32。
在如图5中示出的用于制造光学传感器装置10的方法的下一步骤中，不透明材料19沉积在第一保护膜32上和沟槽16内。不透明材料19能够通过物理气相沉积或喷涂来沉积。由于将第一保护膜32施加了到底部载体表面22，因此保护电触点23免受不透明材料19的影响。沟槽16的内壁18和底部表面33被不透明材料19覆盖。不透明材料19能够是黑色且不透明的。另外，不透明材料19能对玻璃和硅显示良好的粘附性。沟槽16未被不透明材料19完全填充，使得内部空间20不含不透明材料19。
在如图6中示出的用于制造光学传感器装置10的方法的下一步骤中，将第二保护膜34施加到具有不透明材料19的第一保护膜32。这意味着第二保护膜34在整个底部载体表面22的上方以及沟槽16的上方延伸。第二保护膜34能够粘到第一保护膜32上的不透明材料19上。因此，第二保护膜34必须对不透明材料19具有高粘附性。
在图7中示出了用于制造光学传感器装置10的方法的下一步骤。两个保护膜32、34和不透明材料19被从底部载体表面22剥离。因此，底部载体表面22上没有不透明材料19，电触点23上也没有不透明材料19。沟槽16仍涂有不透明材料19。在这一阶段，光学传感器装置10完全可以工作，并且能够被测试。但是，它们仍然在晶圆级别上，因为它们布置在带17上，带17由框架固定。通过测试晶圆级别上的光学传感器装置10，能够降低生产成本。
在如图8中示出的用于制造光学传感器装置10的方法的下一步骤中，通过切割将光学传感器装置10完全分离成单个。在左沟槽16中示出锯37。这意味着通过用于制造光学传感器装置10的方法，可以利用涂层35为光学传感器11制造外壳36，使得光只能通过孔13进入外壳36。
在图9中示出了用于光学传感器11的外壳36。在载体12上布置了未示出的光学传感器11。外壳36包括位于底部外壳表面39处的两个电触点23。在载体12的背离底部外壳表面39的一侧上布置有覆盖材料14的第一部分27和第二部分28。覆盖材料14的第二部分28包括凹槽29。覆盖材料14的第二部分28粘到覆盖材料14的第一部分27，使得凹槽29布置在覆盖材料14的两个部分27、28之间。这样，在凹槽29周围形成两个界面，其形成光学透镜26。孔13形成在光学透镜26的上方。在孔13的顶部上布置有覆盖层31。覆盖层31对光和电磁辐射是透明的，光和电磁辐射将由光学传感器11检测。
在外壳36的侧面40处形成不透明涂层35，其中侧面40包括外壳36的所有表面，具有孔13的顶部外壳表面38和底部外壳表面39除外。另外，涂层35非常薄，例如小于100μm，并且因为沟槽16是在沉积不透明材料19之前形成的，所以涂层35在形貌上是平坦的。电触点23上没有不透明材料19。
在图10中示出了外壳36的仰视图。外壳36包括四个电触点23和涂层35。在外壳36的背离底部外壳表面39的一侧上布置有覆盖层31。
附图标记列表
10：光学传感器装置
11：光学传感器
12：载体
13：孔
14：覆盖材料
15：顶侧
16：沟槽
17：带
18：内壁
19：不透明材料
20：内部空间
21：顶部载体表面
22：底部载体表面
23：电触点
24：硅通孔
25：滤光片
26：透镜
27：第一部分
28：第二部分
29：凹槽
30：孔层
31：覆盖层
32：第一保护膜
33：底部表面
34：第二保护膜
35：涂层
36：外壳
37：锯
38：顶部外壳表面
39：底部外壳表面
40：侧面
Claims (17)
1.一种用于制造光学传感器装置(10)的方法，该方法包括：
-在载体(12)上设置至少两个光学传感器(11)，
-在光学传感器(11)的背离所述载体(12)的一侧上设置覆盖材料(14)，
-通过在所述覆盖材料(14)的背离所述载体(12)的顶侧(15)上的不透明的孔层(30)来为每个光学传感器(11)设置孔(13)，
-在所述不透明的孔层(30)的背离所述载体(12)的顶侧上设置透明的覆盖层(31)，
-在光学传感器(11)之间通过从所述载体(12)侧朝向所述覆盖材料(14)的顶侧(15)切割所述载体(12)和所述覆盖材料(14)并且至少使所述透明的覆盖层(31)不被切割来形成至少一个沟槽(16)，所述沟槽(16)包括内壁(18)，
-用不透明材料(19)涂覆所述内壁(18)，使得所述沟槽(16)的内部空间(20)不含所述不透明材料(19)，以及
-沿着所述至少一个沟槽(16)分离光学传感器装置(10)。
2.根据权利要求1所述的用于制造光学传感器装置(10)的方法，其中，每个光学传感器(11)包括至少一个电触点(23)，其中，在沿着所述沟槽(16)分离之前，所述电触点(23)至少部分不含任何隔离材料。
3.根据权利要求2所述的用于制造光学传感器装置(10)的方法，其中，所述电触点(23)布置在所述载体(12)的背离孔(13)的底侧(22)处。
4.根据权利要求2所述的用于制造光学传感器装置(10)的方法，其中，在对所述沟槽(16)进行涂覆期间，所述电触点(23)由第一保护膜(32)保护。
5.根据权利要求3所述的用于制造光学传感器装置(10)的方法，其中，在对所述沟槽(16)进行涂覆期间，所述电触点(23)由第一保护膜(32)保护。
6.根据权利要求4所述的用于制造光学传感器装置(10)的方法，其中，在对沟槽(16)进行涂覆后，去除所述第一保护膜(32)。
7.根据权利要求5所述的用于制造光学传感器装置(10)的方法，其中，在对沟槽(16)进行涂覆后，去除所述第一保护膜(32)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造光学传感器装置(10)的方法，其中，用所述不透明材料(19)对所述沟槽(16)进行涂覆包括喷涂或物理气相沉积。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造光学传感器装置(10)的方法，其中，所述沟槽(16)包括底部表面(33)，该底部表面(33)涂覆有所述不透明材料(19)。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造光学传感器装置(10)的方法，其中，所述沟槽(16)的内壁(18)处的不透明材料(19)的厚度小于100μm。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造光学传感器装置(10)的方法，其中，在每个光学传感器(11)和对应的孔(13)之间布置有透镜(26)。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造光学传感器装置(10)的方法，其中，所述光学传感器(11)各自包括互补金属氧化物半导体图像传感器。
13.一种用于光学传感器(11)的外壳(36)，包括：
-孔(13)，其位于顶部外壳表面(38)中，
-布置在所述孔(13)上的透明的覆盖层(31)，
-至少一个电触点(23)，以及
-不透明材料(19)，其在所述外壳的侧面(40)形成涂层(35)，其中，所述外壳的侧面(40)包括所述外壳(36)的所有表面，除了所述顶部外壳表面(38)和背离所述顶部外壳表面(38)的底部外壳表面(39)，
其中
-所述外壳(36)布置成容纳光学传感器(11)，
-所述电触点(23)不含不透明材料(19)，
-所述外壳的侧面(40)在所述透明的覆盖层(31)的区域中不含不透明材料，并且
-所述涂层(35)在形貌上是平坦的。
14.根据权利要求13所述的用于光学传感器(11)的外壳(36)，其中，所述涂层(35)的厚度小于100μm。
15.根据权利要求13或14所述的用于光学传感器(11)的外壳(36)，其中，所述光学传感器(11)包括互补金属氧化物半导体图像传感器。
16.根据权利要求13或14所述的用于光学传感器(11)的外壳(36)，其中，所述外壳(36)是表面可安装的。
17.根据权利要求13或14所述的用于光学传感器(11)的外壳(36)，其中，所述外壳(36)包括光学传感器(11)。
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