CN110061017A - 光学传感器封装及光学传感器总成 - Google Patents

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Abstract

一种光学传感器封装，包含半导体基底层。所述半导体基底层的第一表面形成有像素阵列、多个焊锡球以及光学组件，藉以当所述光学传感器封装组装于基板时，所述光学组件容纳于所述基板的容纳透孔中以降低整体厚度。

Description

光学传感器封装及光学传感器总成
本申请是申请号为201510407968.0、申请日为2015年07月13日、名 称为“光学传感器封装及光学传感器总成”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明有关一种光学传感器封装及光学传感器总成(assembly)，更特别 有关一种利用晶圆级制造工艺制作的光学传感器封装及光学传感器总成。
背景技术
利用晶圆级制造工艺制作的图像传感器封装通常包含设置于感测面上 方的透镜以作为保护层，并具有多个焊锡球用以与外部组件进行信号传递。 然而，已知图像传感器封装中，所述多个焊锡球与透镜分别位于图像传感器 晶粒的两相对面，因此所述封装具有相当的厚度且制造工艺复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种具有低厚度的光学传感器总成。
本发明提供一种光学传感器封装，其具较简单的制造工艺。
本发明提供一种光学传感器总成，其具有较低的杂散光干扰。
本发明提供一种光学传感器封装，包含基底层、多个焊锡球以及光学组 件。所述基底层包含设置于靠近所述基底层的第一表面的像素阵列。所述多 个焊锡球设置于所述基底层的所述第一表面上并位于所述像素阵列以外。所 述光学组件覆盖于所述像素阵列上并包含透光层及阻光层。所述透光直接贴 附于所述基底层的所述第一表面并覆盖于所述像素阵列上。所述阻光层覆盖 于所述透光层上并具有供光线进入的透光孔。
本发明还提供一种光学传感器总成，包含光学传感器封装以及基板。所 述光学传感器封装包含基底层及光学组件。所述基底层的第一表面形成有像 素阵列及多个焊锡球。所述光学组件贴附于所述基底层的所述第一表面及覆 盖于所述像素阵列上，并包含透光层及阻光层。所述透光层直接贴附于所述 基底层的所述第一表面并覆盖于所述像素阵列上。所述阻光层覆盖于所述透 光层上并具有相对所述像素阵列的透光孔。所述基板包含第一表面、第二表 面、容纳透孔及多个接合垫。所述容纳透孔容纳所述光学传感器封装的所述 光学组件。所述多个接合垫形成于所述基板的所述第一表面，电性连接所述 光学传感器封装的所述多个焊锡球。
本发明还提供一种光学传感器封装，包含基底层、像素阵列、多个焊锡 球以及光学组件。所述基底层具有第一表面。所述像素阵列设置于所述第一 表面上。所述多个焊锡球设置于所述第一表面上并位于所述像素阵列以外。 所述光学组件覆盖于所述像素阵列上并具有大于所述像素阵列的下表面直 接贴附于所述基底层的所述第一表面。
本发明还提供一种光学传感器总成，包含光学传感器封装以及基板。所 述光学传感器封装包含基底层及光学组件。所述基底层的第一表面形成有像 素阵列。所述光学组件覆盖于所述像素阵列上并包含透光层及阻光层。所述 透光层直接贴附于所述基底层的所述第一表面并覆盖于所述像素阵列上。所 述阻光层覆盖于所述透光层上并具有相对所述像素阵列的透光孔。所述基板 包含容纳所述光学传感器封装的所述光学组件的容纳透孔，其中所述基板与 所述基底层的所述第一表面的其中一部分电性连接。
本发明提供的光学传感器封装的制造工艺要优于背景技术中提供的晶 圆级制造工艺。所完成的光学传感器封装适于与具有容纳透孔的基板结合以 完成本发明实施例的光学传感器总成，所提出的结构相较于已知封装结构具 有较薄的厚度并具有较简单的制造工艺。
为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所 附图示，详细说明如下。此外，在本发明中，相同的构件以相同的符号表示， 在此合先述明。
附图说明
图1为本发明一实施例的光学传感器封装的部分剖视图；
图2为本发明一实施例的光学传感器封装的立体图；
图3为图2的光学传感器封装的剖视图；
图4A-4F为制作本发明一实施例的光学传感器封装的光学组件的示意 图；
图5为本发明一实施例的光学传感器总成的分解图；
图6为本发明一实施例的光学传感器总成的透视图；
图7为本发明另一实施例的光学传感器总成的透视图。
附图标记说明
1 光学传感器封装
10 基底层
12 像素阵列
14 接合垫
16 焊锡球
182 透光层
184 滤光层
186 阻光层
188 透光孔
具体实施方式
请参照图1及图2所示，图1为本发明一实施例的光学传感器封装的部 分剖视图；图2为本发明一实施例的光学传感器封装的立体图。本实施例的 光学传感器封装1包含基底层10、像素阵列12、多个接合垫(bond pad)14、 多个焊锡球(solder ball)16以及光学组件18；其中，所述光学传感器封装 1为晶圆级封装构造(wafer level packagestructure)。
所述基底层10为半导体基底层，其具有第一表面(例如图1所示下表 面)10S用以接收入射光。所述基底层10内靠近所述第一表面10S的一侧 形成有所述像素阵列12，且所述像素阵列12占据所述第一表面10S的一部 分，例如中央区域，但并不以此为限。例如，所述像素阵列12包含多个光 二极管(photodiode)排列成矩阵，用以将入射光能量转换为电信号。根据 不同应用，所述像素阵列12上还可形成多个微透镜(microlens)及/或多个 滤光层；其中，每一微透镜可对应至少一个光二极管，用以调整入射光的角 度以提高光感测效率；每一滤光层可对应至少一个光二极管，用以阻挡目标 光谱以外的光；其中所述目标光谱指所述像素阵列12所欲侦测的光谱。于 基底层形成像素阵列12的方式已为已知，故于此不再赘述。
此外，根据不同应用，所述基底层10内还可形成有控制电路(未绘示) 电性耦接所述像素阵列12，用以控制所述像素阵列12的电荷获取(charge acquisition)、重置(reset)及电荷转移(charge transferring)等。更详言之， 所述控制电路可包含多个晶体管(transistor)用以控制所述像素阵列12的光 二极管的电荷获取、重置及电荷转移等。某些实施例中，所述控制电路还可 直接进行图像信号的后处理而输出数字信号，视不同应用而定。
所述多个接合垫14由导电材质(例如金属)经图案化而形成，其与所 述基底层10内的金属线路电性耦接。所述多个接合垫14用作为所述基底层 10的第一表面10S与所述多个焊锡球16之间的接合界面。
所述多个焊锡球16设置于所述基底层10的第一表面10S上并位于所述 像素阵列12以外。一实施例中，所述多个焊锡球16可通过焊接的方式结合 于所述多个接合垫14，用作为所述像素阵列12(及所述控制电路)与外部 组件的信号传输媒介。较佳地，所述多个焊锡球16位于所述光学组件18与 所述第一表面10S的边缘之间。某些实施例中，所述多个焊锡球16可以焊 锡凸块(solder bump)取代。
所述光学组件18贴附于所述基底层10的第一表面10S并覆盖于所述像 素阵列12上，用以保护所述像素阵列12并遮蔽杂散光。例如，所述光学组 件18可通过黏胶黏附于所述基底层10的第一表面10S，或通过其他已知方 式与所述基底层10的第一表面10S结合。例如，所述光学组件18具有相对 所述像素阵列12的透光孔188，以使被感测光线通过所述透光孔188传递至 所述像素阵列12。所述光学组件18的其余表面则以不透光材料覆盖，藉以遮蔽来自侧向的杂散光。
请参照图3所示，其为图2的光学传感器封装1延线段III-III'的剖视图。 所述光学组件18包含透光层182、滤光层184及阻光层186；其中，所述阻 光层186由不透光材料制成并具有用以供光线进入的所述透光孔188；其中， 所述透光孔188较佳相对于所述像素阵列12。
所述透光层182例如为玻璃层或塑料层，其相对目标光谱为透明。所述 透光层182直接贴附于所述基底层10的第一表面10S并覆盖于所述像素阵 列12上，例如通过黏胶黏合于所述第一表面10S；其中，所述黏胶也相对 所述目标光谱为透明。较佳地，所述透光层182的截面积大于等于所述像素 阵列12的面积，以有效保护所述像素阵列12。
所述滤光层184覆盖于所述透光层182上，例如利用黏合的方式进行结 合或直接涂布于其上。一实施例中，所述滤光层184的截面积配合所述透光 层182的截面积，但并不以此为限。根据不同应用，所述滤光层184可不予 实施，例如当所述像素阵列12本身具有相对光二极管的滤光层时，所述滤 光层184可不予实施。所述滤光层184的透射光谱根据目标光谱而定，例如 所述滤光层184可为红外光滤光层，但并不以此为限。
所述阻光层186覆盖于所述透光层182的全部侧面及所述滤光层184的 所述透光孔188以外的部分，藉以阻挡来自侧面的入射光。更详言之，所述 阻光层186覆盖于所述透光层182及所述滤光层184的表面并暴露出所述滤 光层184的其中一部分以作为所述透光孔188供光线通过。
请参照图4A-4F所示，其为制作本发明一实施例的光学传感器封装的光 学组件的示意图。所述光学组件18例如在晶圆级封装制造工艺时另行制作 成多个光学组件18以形成阵列，其在切割硅晶圆前贴合于光学传感器晶粒 上，以形成如图2及图3所示的光学传感器封装1。
例如图4A中，玻璃层42(可包含或不包含滤光层)系形成于胶带(tape) 40上。接着，在图4B中，在所述玻璃层42上形成光阻层(photoresist)44。 接着，利用黄光微影制造工艺(Photolithography)将所述光阻层44形成图 案化光阻层441，其对位于图2-3的透光孔188，如图4C所示。图4D中， 将所述玻璃层42切割为多个独立组件421；其中每个独立组件421对位于即 将结合的硅晶圆上光学传感器晶粒的位置。切割完毕后，如图4E所示阻光 层46形成于每一独立组件421的表面上，以作为图2-3所示的所述光学组 件18的阻光层186；其中，所述阻光层46可利用适当方式形成，并无特定 限制，例如利用溅镀(sputtering)的方式。图4F中，去除所述图案化光阻 层441以分别于每一独立组件421上形成透光孔488，而同时完成多个光学 组件48。最后，在将所述胶带40移除后，所述多个光学组件48即可于晶圆 级封装制造工艺中同时贴合于硅晶圆上相对应的光学传感器晶粒上，例如利 用黏胶进行黏合。
请参照图5及图6所示，图5为本发明一实施例的光学传感器总成的分 解图；图6为本发明一实施例的光学传感器总成的透视图。本实施例的光学 传感器总成100包含光学传感器封装1、基板30以及光源20。光学传感器 封装1例如为图1-3所示者，其包含基底层10，且所述基底层10的第一表 面10S设置有像素阵列12及多个焊锡球16，如图1-3所示；其中，所述像 素阵列12上方还覆盖有光学组件18。本实施例的光学传感器总成100例如 可应用于近接传感器(proximity sensor)、距离传感器(distance sensor)、环 境光传感器(ambient light sensor)、手势识别装置(gesture recognition device) 等，但并不以此为限。
所述光源20例如可为同调光源、部分同调光源或非同调光源，并无特 定限制，例如发光二极管或雷射二极管。所述光源20用以发出目标光谱用 以照射外部对象，以使所述外部对象的反射光由所述光学传感器封装1所接 收。所述光源20本身可具有调整发光角度的光学组件。
所述基板30例如可为印刷电路板(PCB)或软性电路板(FCB)，并具 有第一表面(此处例如为下表面)及第二表面(此处例如为上表面)。所述 基板30包含容纳透孔31以及多个接触垫316。所述容纳透孔31用以容纳所 述光学传感器封装1的光学组件18。所述多个接触垫316设置于所述基板 30的下表面并对位于所述光学传感器封装1的所述多个焊锡球16。藉此， 当所述光学传感器封装1结合于所述基板30(如图6所示)时，所述多个接 触垫316电性连接所述光学传感器封装1的所述多个焊锡球16，用作为所述 多个焊锡球16与所述基板30的接合界面。
一实施例中，所述基板30的上表面形成有至少一个结合区326，用以设 置并电性连接所述光源20。本实施例中，由于所述光学传感器封装1从所述 基板30的下表面结合于所述基板30，故所述光学传感器封装1的光学组件 18置入所述容纳透孔31，以有效降低光学传感器总成100的整体厚度。此 外，根据此结构，所述光学传感器封装1用以接收来自所述基板30的上表 面前方的光线，可避免直接接收来自所述光源20的杂散光。
请参照图7所示，其为本发明另一实施例的光学传感器总成100'的透视 图。图7与图5的差异在于，图7中，所述光学传感器封装1及所述光源20 均从所述基板30的下表面与所述基板30结合。因此，本实施例中，所述基 板30还包含光源容纳透孔32且所述结合区326形成于所述基板30的下表 面用以设置并电性连接所述光源20。本实施例中，由于所述光学传感器封装 1及所述光源20均从所述基板30的下表面结合于所述基板30，故所述光学 传感器封装1的光学组件18置入所述容纳透孔31内而光源20置入所述光 源容纳透孔32内，以有效降低光学传感器总成100的整体厚度。此外，根 据此结构，所述光学传感器封装1用以接收来自所述基板30的上表面前方 的光线而所述光源20用以朝向所述基板30的上表面前方发射光线，以使所 述光学传感器封装1不会直接接收来自所述光源20的杂散光。
必须说明的是，本发明中各图式中的组件间的比例仅用以说明，并非用 以限定本发明。
综上所述，已知图像传感器封装中，由于焊锡球与透镜分别位于图像感 测晶粒的两相对面，因此具有相当的厚度且制造工艺复杂，例如制造工艺中 需要翻转晶粒。因此，本发明还提供一种光学传感器封装(图1-3)及光学 传感器总成(图5-7)，其包含光感测区及多个焊锡球形成于光学传感器晶粒 的基底层的相同面上，以使所述光学传感器晶粒组装于基板时，所述光学传 感器晶粒的光学组件置入所述基板的容纳透孔内，以降低整体厚度及制造工 艺复杂度。
虽然本发明已通过前述实例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本 发明所属技术领域中具有通常知识的技术人员，在不脱离本发明的精神和范 围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要 求所界定的范围为准。

Claims (18)

1.一种光学传感器封装，该光学传感器封装包含：
基底层，该基底层包含设置于靠近所述基底层的第一表面的像素阵列；
多个焊锡球，该多个焊锡球设置于所述基底层的所述第一表面上并位于所述像素阵列以外；以及
光学组件，该光学组件覆盖于所述像素阵列上，并包含：
透光层，该透光层直接贴附于所述基底层的所述第一表面并覆盖于所述像素阵列上；及
阻光层，该阻光层覆盖于所述透光层上并具有供光线进入的透光孔。
2.根据权利要求1所述的光学传感器封装，其中所述多个焊锡球设置于所述光学组件与所述第一表面的边缘之间。
3.根据权利要求1所述的光学传感器封装，其中所述光学传感器封装还包含介于所述基底层的所述第一表面与所述多个焊锡球之间的多个接合垫。
4.根据权利要求1所述的光学传感器封装，其中所述光学组件通过黏胶黏附于所述基底层的所述第一表面。
5.根据权利要求1所述的光学传感器封装，其中所述透光层为玻璃层或塑料层。
6.根据权利要求1所述的光学传感器封装，其中所述像素阵列上还形成有多个微透镜及多个滤光层。
7.根据权利要求1所述的光学传感器封装，其中所述基底层内还包含电性耦接所述像素阵列的控制电路。
8.一种光学传感器总成，该光学传感器总成包含：
光学传感器封装，该光学传感器封装包含：
基底层，该基底层的第一表面形成有像素阵列及多个焊锡球；及
光学组件，该光学组件贴附于所述基底层的所述第一表面及覆盖于所述像素阵列上，并包含：
透光层，该透光层直接贴附于所述基底层的所述第一表面并覆盖于所述像素阵列上；及
阻光层，该阻光层覆盖于所述透光层上并具有相对所述像素阵列的透光孔；以及
基板，该基板包含：
第一表面及第二表面；
容纳透孔，该容纳透孔容纳所述光学传感器封装的所述光学组件；及
多个接触垫，该多个接触垫形成于所述基板的所述第一表面，电性连接所述光学传感器封装的所述多个焊锡球。
9.根据权利要求8所述的光学传感器总成，其中所述光学传感器总成还包含设置于所述基板的所述第二表面的光源。
10.根据权利要求8所述的光学传感器总成，其中所述光学传感器总成还包含光源且所述基板还包含光源容纳透孔，所述光源电性连接所述基板的所述第一表面并容纳于所述光源容纳透孔内。
11.根据权利要求8所述的光学传感器总成，其中所述光学传感器封装还包含介于所述基底层的所述第一表面与所述多个焊锡球之间的多个接合垫。
12.根据权利要求8所述的光学传感器总成，其中所述光学传感器封装的所述多个焊锡球位于所述光学组件与所述第一表面的边缘之间。
13.根据权利要求8所述的光学传感器总成，其中所述光学组件通过黏胶黏附于所述基底层的所述第一表面。
14.根据权利要求8所述的光学传感器总成，其中所述基底层内还包含电性耦接所述像素阵列的控制电路。
15.根据权利要求8所述的光学传感器总成，其中所述透光层为玻璃层或塑料层。
16.根据权利要求8所述的光学传感器总成，其中所述像素阵列上还形成有多个微透镜及多个滤光层。
17.一种光学传感器封装，该光学传感器封装包含：
基底层，该基底层具有第一表面；
像素阵列，该像素阵列设置于所述第一表面上；
多个焊锡球，该多个焊锡球设置于所述第一表面上并位于所述像素阵列以外；以及
光学组件，该光学组件覆盖于所述像素阵列上并具有大于所述像素阵列的下表面，该下表面直接贴附于所述基底层的所述第一表面。
18.一种光学传感器总成，该光学传感器总成包含：
光学传感器封装，该光学传感器封装包含：
基底层，该基底层的第一表面形成有像素阵列；
光学组件，该光学组件覆盖于所述像素阵列上，并包含：
透光层，该透光层直接贴附于所述基底层的所述第一表面并覆盖于所述像素阵列上；及
阻光层，该阻光层覆盖于所述透光层上并具有相对所述像素阵列的透光孔；以及
基板，该基板包含：
容纳透孔，该容纳透孔容纳所述光学传感器封装的所述光学组件，其中所述基板与所述基底层的所述第一表面的其中一部分电性连接。
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