CN110190036A - 一种泛光照明模组的晶圆级封装结构及封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种泛光照明模组的晶圆级封装结构及封装方法，所述结构基板，功能芯片，间隔件，光学元器件；功能芯片设置在基板表面，功能芯片表面与基板表面之间通过金属线电性连接；功能芯片外围的基板上设置有间隔件，间隔件的上端高于功能芯片；光学元器件设置在功能芯片上方，光学元器件的两端分别与功能芯片外围的间隔件顶端连接，光学元器件与间隔件共同形成一空腔结构，功能芯片位于空腔结构下方。本发明的光学元器件采用光刻机压印形成，与基板的对准精度高，成品良率高；泛光照明模组采用晶圆级工艺制程，将光学元器件与基板以晶圆级工艺压合在一起，然后切割成单颗模块，具有尺寸小、高度低、一致性好等特点。

Description

一种泛光照明模组的晶圆级封装结构及封装方法
技术领域
本发明涉及光电模组领域，尤其涉及一种泛光照明模组的晶圆级封装结构及封装方法。
背景技术
随着TOF（time of flight）和结构光3D感应技术日渐成熟，以及3D摄像行业的快速发展，普通的泛光模组远远不能满足市场需求，例如摄像模组和泛光模组配合工作，在三维重建、人脸识别等领域都得到广泛的应用，但是受限于现有模组生产的制作工艺，产品一致性、对准精度等都还有提高的空间。
传统光学器件的加工技术，对器件的体积要求不高，器件的尺寸通常较大，已不能满足电子行业产品小型化、微型化的需求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了如下技术方案：
一种泛光照明模组的晶圆级封装结构，包括基板，功能芯片，间隔件，光学元器件；其中，
功能芯片设置在基板表面，功能芯片表面与基板表面之间通过金属线电性连接；
功能芯片外围的基板上设置有间隔件，间隔件的上端高于功能芯片；
光学元器件设置在功能芯片上方，光学元器件的两端分别与功能芯片外围的间隔件顶端连接，光学元器件与间隔件共同形成一空腔结构，功能芯片位于空腔结构下方。
一优选方案为，功能芯片可以是但不限于垂直腔面发射激光器（Vertical CavitySurface Emitting Laser）、激光二极管、感光芯片。
一优选方案为，光学元器件可以是但不限于晶圆级光学镜头、匀光片。
一优选方案为，基板是陶瓷基板。
一优选方案为，基板具有至少一对定位标记。
本发明同时还提供了一种泛光照明模组的晶圆级封装方法，包括以下步骤：
一、提供一清洁基板，该基板具有至少一对定位标记；
二、将多颗功能芯片通过贴片（die bond）工艺集成到基板上；
三、采用引线键合（wire bond）工艺，实现功能芯片与基板表面之间通过金属线电性连接；
四、应用点胶工艺，在多颗功能芯片之间的基板表面涂覆胶层A；
五、使用光刻机，通过半导体背面对准（Back Side Alignment）方式，完成基板与间隔件的对准，对准后的间隔件下端与胶层A接触；锁住基板与间隔件，将胶层A固化，实现基板与间隔件的键合；
六、应用点胶工艺，在步骤五中的间隔件上表面涂覆胶层B；
七、使用光刻机，通过背面对准（Back Side Alignment）方式，实现光学元器件与间隔件的对准，对准后的光学元器件下表面与胶层B接触；锁住光学元器件与间隔件，将胶层B固化，实现光学元器件与间隔件的键合；
八、对步骤七形成的结构进行切割，获得单颗晶圆级泛光照明模组。
一优选方案为，步骤四、步骤六中，通过滚胶工艺或丝网印刷工艺涂覆胶层A、胶层B。
一优选方案为，胶层A、胶层B的固化方式为UV固化、热固化或二者结合。
与现有技术相比，本发明提供的一种泛光照明模组的晶圆级封装结构和封装方法，光学元器件采用光刻机压印形成，与基板的对准精度高，成品良率高；泛光照明模组采用晶圆级工艺制程，将光学元器件与基板以晶圆级工艺压合在一起，然后切割成单颗模块，具有尺寸小、高度低、一致性好等特点。各光学元器件间的位置精度达到nm级，精度更高的同时，也有助于实现设备的小型化、微型化；本发明中晶圆级光学镜头采用玻璃晶圆制成，玻璃镜头的光学特性例如透光性、折射率优于塑料镜头，可以提供更优异的光学性能；同时，玻璃镜头的耐高温性能也优于塑料镜头，使得后端生产的程序如回流焊接更加简便；并且，与传统玻璃镜头生产流程相比，成本大幅降低。
附图说明
图1为本发明一种泛光照明模组的晶圆级封装结构的示意图。
图2-图7为本发明一种泛光照明模组的晶圆级封装方法的流程示意图。
结合附图，对附图标记做以下说明：
1—基板；2—功能芯片；3—金属线；4—间隔件；5—光学元器件；6—单颗晶圆级泛光照明模组。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上端”、“顶端”、“上方”、“下方”、“下端”、“上表面”、“下表面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一
如图1所示，本实施例中的一种泛光照明模组的晶圆级封装结构，包括基板1，功能芯片2，间隔件4，光学元器件5；其中，基板1为陶瓷基板，基板1上具有至少一对定位标记（未示出）；功能芯片2设置在基板表面，功能芯片2为垂直腔面发射激光器，功能芯片2表面与基板1表面之间通过金属线3电性连接；功能芯片2外围的基板上设置有间隔件4，间隔件4的上端高于功能芯片2；光学元器件5设置在功能芯片2上方，光学元器件5的两端分别与功能芯片2外围的间隔件4的顶端连接，光学元器件5与间隔件4共同形成一空腔结构，功能芯片2位于空腔结构下方。
在本实施例中，光学元器件5为晶圆级光学镜头。
在另一实施例中，光学元器件5为匀光片。
在其它实施例中，功能芯片2可以是激光二极管或感光芯片。
实施例二
一种泛光照明模组的晶圆级封装方法，包括以下步骤：
一、参见图2，提供一清洁基板1，该基板1具有至少一对定位标记（未示出）。
二、参见图3，将多颗功能芯片2通过贴片（die bond）工艺集成到基板上。
三、参见图4，采用引线键合（wire bond）工艺，实现功能芯片2与基板1表面之间通过金属线3电性连接。
四、应用点胶工艺，在多颗功能芯片2之间的基板表面涂覆胶层A（未示出）；
五、使用光刻机，通过半导体背面对准（Back Side Alignment）方式，完成间隔件4与基板1的对准，对准完成后的间隔件4下端与胶层A接触；锁住基板1与间隔件3，通过UV照射和加热处理使胶层A固化，实现基板1与间隔件4的键合，如图5所示。
六、应用点胶工艺，在步骤五中的间隔件4的上表面涂覆胶层B（未示出）；
七、使用光刻机，通过背面对准（Back Side Alignment）方式，实现光学元器件5与间隔件4的对准，对准完成后的光学元器件5的下表面与胶层B接触；锁住光学元器件5与间隔件4，通过加热处理使胶层B固化，实现光学元器件5与间隔件4的键合，如图6所示。
八、参见图7，对步骤七形成的结构进行切割，获得单颗晶圆级泛光照明模组6。
在其它实施例中，步骤四、步骤六中通过滚胶工艺或丝网印刷工艺涂覆胶层A、胶层B。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种泛光照明模组的晶圆级封装结构，包括基板，功能芯片，间隔件，光学元器件；其中，
功能芯片设置在基板表面，功能芯片表面与基板表面之间通过金属线电性连接；
功能芯片外围的基板上设置有间隔件，间隔件的上端高于功能芯片；
光学元器件设置在功能芯片上方，光学元器件的两端分别与功能芯片外围的间隔件顶端连接，光学元器件与间隔件共同形成一空腔结构，功能芯片位于空腔结构下方。
2.根据权利要求1所述的一种泛光照明模组的晶圆级封装结构，其特征在于，功能芯片为垂直腔面发射激光器、激光二极管或感光芯片。
3.根据权利要求1所述的一种泛光照明模组的晶圆级封装结构，其特征在于，光学元器件为晶圆级光学镜头或匀光片。
4.根据权利要求1所述的一种泛光照明模组的晶圆级封装结构，其特征在于，基板是陶瓷基板。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种泛光照明模组的晶圆级封装结构，其特征在于，基板具有至少一对定位标记。
6.一种泛光照明模组的晶圆级封装方法，包括以下步骤：
一、提供一清洁基板，该基板具有至少一对定位标记；
二、将多颗功能芯片通过贴片工艺集成到基板上；
三、采用引线键合工艺，实现功能芯片与基板表面之间通过金属线电性连接；
四、应用点胶工艺，在多颗功能芯片之间的基板表面涂覆胶层A；
五、使用光刻机，通过半导体背面对准方式，完成基板与间隔件的对准，对准后的间隔件下端与胶层A接触；锁住基板与间隔件，将胶层A固化，实现基板与间隔件的键合；
六、应用点胶工艺，在步骤五中的间隔件上表面涂覆胶层B；
七、使用光刻机，通过背面对准方式，实现光学元器件与间隔件的对准，对准后的光学元器件下表面与胶层B接触；锁住光学元器件与间隔件，将胶层B固化，实现光学元器件与间隔件的键合；
八、对步骤七形成的结构进行切割，获得单颗晶圆级泛光照明模组。
7.根据权利要求6所述的一种泛光照明模组的晶圆级封装方法，其特征在于，步骤四、步骤六中，通过滚胶工艺或丝网印刷工艺涂覆胶层A、胶层B。
8.根据权利要求6或7所述的一种泛光照明模组的晶圆级封装方法，其特征在于，胶层A、胶层B的固化方式为UV固化、热固化或二者结合。
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