CN110970410A - 晶片级光学模块 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及晶片级光学模块。本文公开了一种光学模块，该光学模块可以被形成到晶片上。该晶片可包括衬底以及至少部分地被衬底封装的一个或多个光学部件。光学部件中的每个光学部件被配置为发射光或感测光。该晶片还可包括至少部分地被衬底包封的一个或多个印刷电路板(PCB)条，从而允许从衬底的第一侧到衬底的第二侧的导电。该晶片还可包括至少一个重新分布层，从而将光学部件中的至少一个光学部件电耦接至PCB条中的至少一个PCB条。

Description

晶片级光学模块
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2018年9月28日提交的美国临时专利申请No.62/738,304的优先权及权益，其公开内容全文以引用方式并入本文。
背景技术
本公开整体涉及一种光学模块，该光学模块具有集成到衬底(例如，晶片)中的光源和/或光探测器。
本部分旨在向读者介绍可能与本公开的各个方面相关的本领域的各个方面，本公开的各个方面在下文中描述和/或受权利要求保护。该论述被认为有助于为读者提供背景信息以便于更好地理解本公开的各个方面。相应地，应当理解，应就此而论阅读这些陈述，而不是作为对现有技术的认可。
电子设备往往使用光学部件，诸如使用光源(例如，发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等)和/或光传感器(例如，光电二极管)，以辅助各种任务，这些任务可包括视觉效果和/或感觉处理。在一些情况下，这样的光源和/或光传感器可与处理电路和/或控制电路集成，例如，在印刷电路板(PCB)上。另外，一个或多个光源和/或光传感器可被布置在单独的PCB上。
光学模块包括用作电子设备的光学输入和/或输出的光源和/或光传感器的布置。一般来讲，将光源和/或光传感器安装在PCB上以提供适当的电连接。许多光学模块使用引线键合将光学部件的电连接附接到PCB。然而，此类引线键合可能易于受到损伤(例如，来自重力冲击、直接接触等)。此外，引线键合可占用PCB表面上的额外空间，从而限制光源和/或光传感器的放置以及增加整个光学模块的厚度。
此外，一些光学模块可包括遮光件以提供表面安装光源、光传感器和/或电子设备的其他部件之间的光学隔离。此类遮光件可进一步增大光学模块的厚度轮廓。
发明内容
下面阐述本文所公开的某些实施方案的概要。应当理解，呈现这些方面仅仅是为了向读者提供这些特定实施方案的简明概要，并且这些方面并非旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可涵盖下面可没有阐述的多个方面。
本文统称为光学部件或光学元件的一个或多个光源(例如，发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等)和/或光传感器(例如，光电二极管)可以被布置在用于光学模块中的衬底(例如，晶片)上。光学模块可用于多个任务，例如，包括视觉效果(例如，指示灯，光学娱乐显示器等)、接近传感器、环境光传感器、心率传感器、脉搏血氧测定传感器，图像传感器(例如，电荷耦合器件(CCD))、面部识别等。如将理解的那样，给出这样的实施方案只是为了举例说明，因而其不构成限制。
在一些实施方案中，可使用晶片级封装将光源和/或光传感器集成到晶片中。亦即，与表面安装形成对照的是，光源和/或光传感器光学部件可直接结合到裸片中。此外，一个或多个集成光学部件可在顶部和底部均至少部分地受到覆盖，以实现与其他光学部件的电连接和/或光学分隔。例如，可以使用印刷电路板(PCB)条将一些电连接(例如，来自光学部件的顶部)穿过晶片路由至外部连接(例如，表面安装技术(SMT)焊盘、焊料凸点等)，以实现与控制器和/或处理器的连接。所述的电连接在晶片内的路由允许电连接的扇出，以实现光学部件在光学模块中的最佳放置。本公开至少涉及使用晶片级封装的光学模块以及用于制造该光学模块的示例性过程。
附图说明
在阅读以下详细描述并参考附图时可更好地理解本公开的各个方面，在附图中：
图1是根据实施方案的包括光学模块的电子设备的框图；
图2是根据实施方案的图1的电子设备的示例；
图3是根据实施方案的图1的电子设备的另一示例；
图4是根据实施方案的图1的电子设备的另一示例；
图5是根据实施方案的图1的电子设备的可穿戴版本的另一示例；
图6A是根据实施方案的示例性晶片级封装光学模块的顶视图；
图6B是根据实施方案的示例性晶片级封装光学模块的底视图；
图7是根据实施方案的图6的晶片级封装光学模块的截面图；
图8是根据实施方案的结合了透镜的示例性光学模块；
图9是根据实施方案的结合了覆盖件(例如，晶体)的示例性光学模块；
图10是根据实施方案的用于形成晶片的过程的流程图；
图11是根据实施方案的用于将光学部件结合到晶片中的过程的流程图；
图12A至图12O是根据实施方案的用于将光学部件结合到晶片中的步骤的描述；并且
图13是根据实施方案的用于将光学模块结合到电子设备中的过程的流程图。
具体实施方式
下文将描述一个或多个具体实施方案。为了提供这些实施方案的简要描述，本说明书中未描述实际具体实施的所有特征。应当了解，在任何此类实际具体实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须要作出特定于许多具体实施的决策以实现开发者的具体目标，诸如符合可从一个具体实施变化为另一具体实施的与系统相关和与商业相关的约束。此外，应当理解，此类开发工作有可能复杂并且耗时，但是对于受益于本公开的本领域的普通技术人员而言，其仍将是设计、加工和制造的常规工作。
一个或多个光源(例如，发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等)和/或光传感器(例如，光电二极管)可以被布置在用于光学模块中的衬底(例如，晶片)上。光学模块可用于多种任务，例如，包括视觉效果(例如，指示灯、光学娱乐显示器等)、接近传感器、环境光传感器、心率传感器、脉搏血氧测定传感器、图像传感器(例如，电荷耦合器件(CCD))、指纹扫描器、面部识别等。应当理解，给出这样的实施方案只是为了举例说明，因而其不构成限制。
如上所述，一些光学模块可利用表面安装光源和/或光传感器，并使用引线键合实现对所述光源和/或光传感器的电连接。然而，引线键合可能易于受到损伤(例如，重力冲击、直接接触等)。此外，引线键合可占用衬底表面上的额外空间，从而限制光源和/或光传感器的放置以及增加整个光学模块的厚度。此外，表面安装光源和/或光传感器可包括遮光件，以提供表面安装光源、光传感器和/或电子设备的其他部件之间的光学隔离。此类遮光件可进一步增大光学模块的厚度轮廓。
然而，在本公开中，可使用晶片级封装将光源和/或光传感器集成到晶片中。亦即，与表面安装形成对照的是，光学部件可直接结合到裸片中。此外，集成光学部件可在顶部和底部均至少部分地受到覆盖，以实现与其他光学部件的电连接和/或光学分隔。在一些实施方案中，覆盖件的表面可包括黑色阻焊层，以实现额外的光学隔离。根据具体实施，将光学部件集成到晶片中可提供光学部件之间的光学隔离，而无需可能增加光学模块的厚度的额外遮光件。
另外，与使用引线键合形成对照的是，光学部件的电连接也可集成到晶片中。例如，光学部件可以在顶侧和底侧均至少部分地受到覆盖，并且可以使用例如导电通孔或者印刷电路板(PCB)条将电连接(例如，来自光学部件的顶部)穿过晶片路由至外部连接(例如，表面安装技术(SMT)焊盘、焊料凸点等)。通过利用晶片内的电连接，可消除引线键合。
因此，晶片级光学模块的使用可产生提高的可靠性和鲁棒性，例如，由于没有引线键合。另外，所述封装晶片可比开放式封装设计更容易处理。此外，晶片级光学模块可具有较小的总体轮廓并且/或者具有内置的部件间光学隔离，例如，通过使光学部件相对于晶片的表面凹陷。
为了帮助说明，图1示出了可以包括电子显示器12的电子设备10。如下文更详细论述的，电子设备10可为任何合适的电子设备10，诸如健康监测器、相机、脉搏和/或血氧传感器、环境光传感器、面部识别传感器、指纹扫描器等。另外，可包括光学模块的其他电子设备10包括计算机、移动电话、便携式媒体设备、平板电脑、电视机、虚拟现实头盔、车辆仪表板等。因此，应当指出的是，图1仅为特定具体实施的一个示例，并且旨在例示可存在于电子设备10中的部件的类型。
在一个实施方案中，电子设备10可包括电子显示器12、一个或多个输入设备14、一个或多个输入/输出(I/O)端口16、具有一个或多个处理器或处理器内核的处理器内核复合体18、局部存储器20、主存储器存储设备22、网络接口24、电源26和光学模块27。图1中描述的各种部件可包括硬件元件(例如，电路)、软件元件(例如，存储指令的有形非暂态计算机可读介质)或硬件元件和软件元件的组合。应当指出的是，各种描绘的部件可被组合成较少部件或分离成附加部件。例如，本地存储器20和主存储器存储设备22可被包括在单个部件中。
如图所示，处理器内核复合体18与本地存储器20和主存储器存储设备22可操作地耦接。因此，处理器内核复合体18可执行存储在局部存储器20和/或主存储器存储设备22中的指令以执行诸如生成和/或传输图像数据的操作。如此，处理器内核复合体18可以包括一个或多个通用微处理器、一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)或者它们的任何组合。
除了指令之外，本地存储器20和/或主存储器存储设备22可以存储有待被处理器内核复合体18处理的数据。因此，在一些实施方案中，本地存储器20和/或主存储器存储设备22可包括一种或多种有形非暂态计算机可读介质。例如，本地存储器20可包括随机存取存储器(RAM)，并且主存储器存储设备22可包括只读存储器(ROM)、可重写非易失性存储器(诸如闪存存储器、硬盘驱动器、光盘等等)。
如图所示，处理器内核复合体18也与网络接口24可操作地耦接。在一些实施方案中，网络接口24可促进与另一电子设备和/或通信网络的数据通信。例如，网络接口24(例如，射频系统)可以使得电子设备10能够通信地耦接到个人局域网(PAN)(例如，蓝牙网络)、局域网(LAN)(例如，802.11x Wi-Fi网络)和/或广域网(WAN)(诸如4G网络或LTE蜂窝网络)。
此外，如图所示，处理器内核复合体18可操作地耦接到电源26。在一些实施方案中，电源26可向电子设备10中的一个或多个部件(诸如处理器内核复合体18和/或电子显示器12)提供电力。因此，电源26可包括任何合适的能量源，诸如可再充电的锂聚合物(Li-poly)电池和/或交流电(AC)电源转换器。
另外，如图所示，处理器内核复合体18与一个或多个I/O端口16可操作地耦接。在一些实施方案中，I/O端口16可使得电子设备10能够与其他电子设备对接。例如，在连接了便携式存储设备时，I/O端口16可以使得处理器内核复合体18能够与便携式存储设备之间传达数据。
如图所示，电子设备10还与一个或多个输入设备14可操作地耦接。在一些实施方案中，输入设备14可通过例如接收用户输入而促进与电子设备10的用户交互。因此，输入设备14可包括按钮、键盘、鼠标、触控板等。另外，在一些实施方案中，输入设备14可包括电子显示器12中的触摸感测部件。在此类实施方案中，触摸感测部件可通过检测物体触摸电子显示器12的表面的发生和/或位置来接收用户输入。在一些实施方案中，光学模块27可用作输入设备14。例如，光学模块27可用于识别用户(例如，经由指纹扫描器或面部识别传感器)，识别用户移动，或识别用户的健康方面(例如，心率、氧饱和度等)。应当理解，给出这样的实例只是为了举例说明，因而其不构成限制。
除了实现用户输入之外，电子显示器12可包括具有一个或多个显示器像素的显示面板。电子显示器12可控制来自其显示器像素的光发射，从而通过显示至少部分地基于对应的图像数据(例如，位于各像素位置上的图像像素数据)的帧而呈现信息的视觉表示，诸如操作系统的图形用户界面(GUI)、应用界面、静态图像或视频内容。
如图所示，电子显示器12可操作地耦接到处理器内核复合体18。以该方式，电子显示器12可以至少部分地基于接收自图像数据源(例如，处理器内核复合体18)的图像数据显示图像。此外或另选地，电子显示器12可以至少部分地基于经由网络接口24、输入设备14和/或I/O端口16接收的图像数据来显示图像。
如上所述，电子设备10可为任何合适的电子设备。为了便于说明，合适的电子设备10，尤其是手持设备10A的一个示例示于图2中。在一些实施方案中，手持设备10A可以是便携式电话、媒体播放器、个人数据管理器、手持式游戏平台等等。出于例示目的，手持设备10A可以是智能电话，诸如可购自Apple inc.的任何
Figure BDA0002184671560000074
型号。
如图所示，手持设备10A包括壳体28(例如外壳)。在一些实施方案中，壳体28可保护内部部件免受物理性损坏，并且/或者屏蔽内部部件使其免受电磁干扰。另外，如图所示，壳体28可以围绕电子显示器12。在所描绘的实施方案中，电子显示器12显示具有图标32阵列的图形用户界面(GUI)30。举例来讲，当通过输入设备14或电子显示器12的触摸感测部件选择图标32时，可以启动应用程序。
此外，如图所示，可以通过壳体28中的开口触及输入设备14。如上所述，输入设备14可使得用户能够与手持设备10A进行交互。例如，输入设备14可使得用户能够激活或去激活手持设备10A、将用户界面导航至主页屏幕、将用户界面导航到用户可配置的应用屏幕、激活语音识别特征结构、提供音量控制和/或在震动和响铃模式之间切换。如图所示，可通过壳体28中的开口触及I/O端口16。在一些实施方案中，I/O端口16可包括例如连接至外部设备的音频插孔。光学模块27除了被用作输入设备14之外或者作为这种方案的替代，光学模块27也可用于手持设备10A中，以用作相机34和/或环境光传感器35或者与之结合使用。相机34可在图像采集期间使用光学模块27或者使用光学模块27通过检测周围环境而帮助识别最优光学图像采集设置。另外，环境光传感器35(其也可使用光学模块27)可辅助确定环境光强度。这样的测量可用于例如调整相机34的、电子显示器12的背光的或手持设备10A的其他部件的照明效果。
为了进一步说明，合适的电子设备10，尤其是平板设备10B的另一示例示于图3中。出于例示目的，平板设备10B可为可购自Apple inc.的任何
Figure BDA0002184671560000071
型号。在图4中示出了合适的电子设备10的另一示例，其具体为计算机10C。出于例示目的，计算机10C可以是可购自Apple Inc.的任何
Figure BDA0002184671560000072
或
Figure BDA0002184671560000073
型号。
图5中示出了合适的电子设备10的另一示例，具体而言，其为可穿戴设备10D(例如，手表、健康监测器等)。出于例示目的，可穿戴设备10D可以是可购自Apple Inc.的Apple
Figure BDA0002184671560000081
与其他电子设备10的情况一样，可穿戴设备10D可包括环境光传感器35，该环境光传感器具有光学模块27，其用于例如调节电子显示器12的亮度。此外或另选地，可穿戴设备10D可包括被实施成健康传感器36或者被实施到健康传感器36内的光学模块27。在一些实施方案中，健康传感器36可检测用户的心率、血压、氧饱和度和/或对应于用户的其他参数。在一些实施方案中，光学模块27可将一种或多种光照射到用户身上，并且检测与用户的一个或多个健康参数相关联的光响应。
透明背衬37(例如，晶体、玻璃、塑料等)可有助于促进光学模块27与用户(例如，用户的皮肤)之间的光学传输，以及保护光学模块27和/或可穿戴设备10D的其他部件免遭外部元件的影响和/或损伤。此外，如上所述，与表面安装形成对照的是，利用晶片级封装的光学模块27可具有较薄的外形轮廓。照此，可穿戴设备10D还可得益于较小(例如，较薄)的外形轮廓。
图6A从顶部视角示出了示例性光学模块27，并且图6B从底部视角示出了光学模块27。如上所述，光学模块27可包括集成到晶片42中的一个或多个光学部件，诸如LED 38和/或光电二极管40。应当理解，也可使用其他类型的发光部件(例如，激光二极管、电致发光材料等)和光电探测器(例如，光电二极管40、光发射和吸收二极管(LEAD)等)。此外，光学部件可依据具体实施发射具有任何适当波长的光(例如，红外光、紫外光或可见光)或者对任何适当波长的光敏感。例如，LED 38可发射可见光(例如，红色光、绿色光和/或蓝色光)、紫外光或红外光或者它们的组合。另外，多个不同的LED 38可以被结合到光学模块27中。
根据具体实施，各光学部件可并行工作，例如，将光发射到对象上以及感测光响应(例如，光折射、反射和/或发射)，例如，在健康传感器36中。在一个实施方案中，例如，对于在健康传感器36中使用而言，光学模块27可包括四个绿色LED 38和两个红外线LED 38。在一些实施方案中，绿色LED 38可以因高信噪比、对运动失真的抗性和/或在血红蛋白中的高吸收率而用于感测心率。此外，红色光和/或红外光可用于进行更加深入患者皮肤的检测，因为红色光和红外光不易被吸收并因而更加深入地穿透皮肤，这是脉搏血氧测定领域已知的。此外或另选地，光学部件可单独使用，从而例如照射对象以供用户查看，或者感测不与光学模块27相关联的环境光，以便例如调节电子显示器12的亮度。
在一些实施方案中，晶片42中的光学部件的布局可包括大致围绕一个或多个LED38的多个(例如，2个、4个、5个、8个、14个等)光电二极管40，因而可以在光电二极管40和LED38之间创建遮光件。遮光件防止来自LED 38的光直接照射光电二极管40。多个LED 38可用于提供不同波长的光发射和/或提高光输出强度。类似地，多个光电二极管40可用于检测特定波长的光和/或提高光学模块27的光灵敏度。应当理解，还可基于具体实施使用其他光学部件布局。光学部件的外部连接44的布局也可根据具体实施来布置，并且在一个实施方案中，可包括在单侧(例如，底部)上的外部连接44，并且可沿着晶片42的外边缘定位，以便于将光学模块27连接到处理器内核复合体18或电子设备10的其他部件。尽管被示为方形，但是外部连接44可以包括其他形状(例如，圆化形状)，其取决于具体实施。
图7是具有多个光学部件(例如，LED 38和光电二极管40)的示例性光学模块27的截面图46。可以将光学部件固定到晶片42的衬底模具48中，其中，多个层中的一个或多个(例如，重新分布层(RDL)50、钝化层(PSV)52、凸点下金属化(UBM)层54、焊料凸点56、光阻层58等)在衬底模具48的相应侧上。在一些实施方案中，晶片42可为大约300微米(μm)厚。根据具体实施，晶片厚度可变化(例如，小于200μm、小于350μm、小于500μm、小于1毫米(mm)或大于1mm)。
RDL 50可由任何合适的导电材料(例如，铜、金等)制成，并且可用于将光学部件的电连接60连接和/或路由至光学模块27的外部连接44。例如，间距、布局和/或取向可使得直接在每个电连接60下面(例如，相对于图7而言)提供外部连接44(例如UBM层54和/或焊料凸点56)是不切实际的。因此，RDL 50可以将光学部件的电连接60路由至晶片42的另一部分，而后再连接至外部连接44。RDL 50还可用于例如基于具体实施来组织外部连接44。
PSV 52可在RDL 50的任一侧上层叠设置以提供金属氧化物的涂层，从而帮助减少腐蚀的机会和/或在RDL 50和电连接60之间提供电隔离。PSV 52可由任何合适的钝化材料(例如，十六硫醇(HDT)或任何其他合适的绝缘材料)制成。此外，暗色光阻层58(例如，黑色阻焊层)可涂覆在最顶部PSV 52的顶上(例如，围绕LED 38和/或光电二极管40)以减少或消除光学部件之间的直接光学通信。例如，在一些实施方案中，可能希望避免LED 38中的至少一些与光电二极管40直接光学通信，以允许光电二极管40更好地区分光学模块27外部的光和/或响应(例如，来自用户的皮肤)。如此，光阻层58可帮助减少LED 38与光电二极管40之间的内反射和/或折射。在一些实施方案中，所淀积的层(诸如衬底、RDL 50和/或PSV 52)可以使光学部件的有效区域凹陷，从而对光学部件做进一步的光学隔离。另外，在一些实施方案中，光电二极管40可以至少部分地受到光学隔离，以避免与LED 38和环境光两者直接光学通信，从而主要地操作性地接收来自用户的光响应。
在一些实施方案中，光学部件可具有在顶部(例如，光学部件的有效侧)上的电连接60。为了允许顶侧电连接60与晶片42的底部上的外部连接44之间进行电通信，RDL 50可将电连接60路由到印刷电路板(PCB)条62。PCB条62提供穿过衬底模具48的导电路径。使用此类PCB条62可通过简化制造工艺来缩减制造成本和/或时间。例如，可以不通过在衬底模具48内钻孔或者蚀刻出孔来创建导电通道，而是将PCB条62与光学部件放置到一起，以便在它们的周围构建衬底模具48。RDL 50可将光学部件的顶侧电连接连接到PCB条62，从而允许电连接60以及光学部件在晶片42的表面以下。此外，如上所述，直接在每个电连接60的下面提供外部连接44(例如，UBM层54和/或焊料凸点56)可能是不实际的。类似地，可能不希望直接在PCB条62的下面提供外部连接44，并且/或者这样做可能是不实际的。如此，RDL 50还可以将连接从PCB条62路由至外部连接44。在一些实施方案中，可以有在光学部件的任一侧上的一个或多个RDL 50以及PCB条62来路由电连接60。
此外，在被实施到电子设备10中时，光学模块27可结合一个或多个透镜64和/或覆盖件66，如图8和图9中所示。在一些实施方案中，透镜64可有助于聚焦光学部件中的一个或多个的光输入和/或光输出。透镜64可为任何合适的类型，诸如简单透镜、复合透镜、双凸透镜、菲涅耳透镜等。在一些实施方案中，菲涅耳透镜可在保持小形状因子的同时产生提高的聚焦。此外或另选地，可实施漫射体(未示出)以散射由光学部件中的一个或多个发射或接收的光。另外，透镜64或漫射体可直接位于晶片42的表面上，或者其可附接至覆盖件66或集成到覆盖件66中。
覆盖件66可以被置于光学部件之上，以保护光学部件免受诸如灰尘、湿气的成分以及指纹和损伤的影响。为了允许光穿过覆盖件66，覆盖件66可以是透明的、半透明的，和/或对光学模块27敏感的至少一些波长的光是透明的。例如，对于可穿戴设备10D而言，覆盖件66可为透明背衬37(例如，晶体、蓝宝石、玻璃或塑料背衬)。在一些实施方案中，覆盖件66还可以通过附接到电子设备10的壳体28而提供将晶片42安装到电子设备10上的手段。例如，间隔件68可粘附到覆盖件66和晶片42的表面两者，并且将晶片42固定到相对于电子设备10的壳体28的固定位置上。
图10是制造光学模块27的示例性概览的流程图70。一个或多个光学部件被衬底包住，从而至少使光学部件的有效区域和电连接(例如，在衬底的顶侧)保持露出(过程框72)。如下文进一步详细描述的，之后可围绕光学部件构建一层或多层不同材料以形成晶片42。例如，可将一个或多个RDL 50层叠设置到光学部件中的每个光学部件的顶侧电连接60上，从而将晶片42内的电连接60路由到外部连接44(过程框74)。材料的模制和/或层叠设置可以是通过任何适当工艺(例如，淀积、刷涂、喷涂、浸涂等)完成的。另外，可以通过任何适当工艺(例如，剥离、蚀刻、抛光、钻孔、打磨、烧蚀等)去除多余材料。另外，在一些实施方案中，可以例如使用模板或掩模仅在希望的位置上放置希望的层(例如，PSV 52、RDL 50、衬底模具48、光阻层58等)。例如，还可以将一个或多个PSV 52层叠设置到RDL 50上，从而使光学部件下陷到晶片42内，并且/或者提供电绝缘(过程框76)。另外，暗色光阻层58(例如，黑色阻焊层)可以被层叠设置到晶片42的顶侧上，例如设置到PSV 52上(过程框78)。如上所述，光阻层58可有助于使光学部件相互光学隔离并且/或者使光学部件与环境光光学隔离。
图11是制造光学模块27的示例性过程的流程图80。在一些实施方案中，光学部件和/或PCB条可首先被布置到载体上(过程框81)。这样的布置可例如通过拾取和放置过程来完成，使得光学部件朝下(例如，有效侧朝向载体)。在一些实施方案中，使用拾取和放置过程可提高制造产率，因为可逐个选择“已知良好”的部件用于光学模块27，从而提高了制造效率。此外，可以使用任何适当的载体(例如，不锈钢载体)。在将光学部件和/或PCB条62放置到载体上之后，可将衬底模具48叠覆在所布置的光学部件和/或PCB条上以形成晶片42，之后将其从载体上去除(过程框82)。可以使晶片42翻转，并且可以将第一PSV 52层叠设置(例如，涂覆、曝光、显影和/或固化)到光学部件的有效侧上，还可以去除任何多余的PSV材料(过程框83)。RDL 50可被层叠设置到第一PSV 52上(过程框84)，随后继之以第二PSV 52，并且可以去除任何多余的材料(过程框85)。此外，光阻层58可被添加到最顶上的PSV 52上，并且去除任何多余材料(过程框86)。应当理解，添加到光学部件的有效侧的材料可被层叠设置，并且/或者被去除为使得每个光学部件的光传导区带露出并且将电连接60连接到RDL50。
还可将衬底模具48从晶片42的非有效侧去除(过程框87)，从而例如露出光学部件的接触件和/或PCB条62。第一PSV 52可以被层叠设置到晶片42的非有效侧上，并且去除多余部分(过程框88)。此外，RDL 50可被层叠设置到第一PSV 52上(过程框89)，随后继之以第二PSV 52，并且可以去除任何多余的材料(过程框90)。根据具体实施，多个RDL 50和PSV 52可以被层叠设置到晶片42中。用于外部连接44的焊料凸点56可以被插入到露出的RDL 50上(过程框91)。在一些实施方案中，可以在RDL 50和焊料凸点56之间使用UBM层54。
如上所述，在完成时，晶片42可具有厚度小于500μm(例如，小于350μm、300μm或200μm)的外形轮廓。也可以根据具体实施和光学部件的选择创建较大外形轮廓的晶片42(具有大于500μm或者1mm的外形轮廓)。另外，在一些实施方案中，可同时制备多个晶片42以进一步提高制造产率和效率。例如，在一个实施方案中，8英寸见方的或者8英寸直径的载体可在围绕光学部件构建各层时承载多组光学部件。因此，一整片的若干晶片42可以被划片成多个个体晶片42。
为了帮助说明，图12A至图12O示出了用于制造光学模块27的示例性步骤。图12A示出了被置于载体94上的多个光学部件(例如，LED 38和光电二极管40)和PCB条62。在一些实施方案中，可实施粘合剂96(例如双面胶带、胶水等)，从而将光学部件和PCB条62保持在适当的位置上。图12B示出了衬底模具48的叠覆，其用以包围光学部件和PCB条62，以生成晶片42的起始。图12C示出了相对于图12B发生了翻转的晶片42，此时去除了载体94。图12D示出了被层叠设置到晶片42的有效侧上，与此同时不覆盖光学部件的电连接60或PCB条62的第一PSV 52。图12E示出了被层叠设置到PSV 52上并且将光学部件的每一顶部电连接60电连接至PCB条62的RDL 50。图12F示出了被层叠设置到第一PSV 52和RDL 50上的第二PSV 52。图12G示出了涂覆到晶片42的有效侧的表面上的光阻层58。如上所述，晶片42的有效侧上的多个层使光学部件的光传导区带98的至少一部分保持露出。
图12H示出了相对于图12G发生了翻转的晶片42，此时露出了晶片42的底部和衬底模具48。图12I和图12J表明，衬底模具48的至少一些被去除，从而露出了光学部件的底侧电连接60和PCB条62。图12K示出了第一PSV 52被层叠设置到衬底模具48的底部，同时保留对电连接60的通道。图12L示出了第一RDL 50被层叠设置为连接至电连接60。图12M示出了第二PSV 52被层叠设置到第一RDL 50和PSV 52的顶上。如上所述，可以层叠设置多个RDL 50和PSV 52，以实现对电连接的额外路由。在层叠设置完成时，焊料凸点56可以被添加至RDL50，以制作外部连接44，如图12N所示。图12O示出了作为示例制造出的具有光学模块27的晶片42。
如上所述，在晶片42被集成到电子设备10当中时，晶片42还可以包括透镜64和/或覆盖件66。图13是用于创建具有光学模块27的电子设备10的示例性过程的流程图100。透镜64可被置于一个或多个光学部件之上(过程框102)。在一些实施方案中，一些光学部件可具有透镜64或漫射体，而其他光学部件则不具有。例如，每个光源(例如，LED 38)可具有透镜64，而每个光电二极管40则不受辅助，反之亦然。另外，覆盖件66可被置于光学部件之上(过程框104)。覆盖件66可以提供结构性支撑、保护性支撑和/或安装支撑。透镜64和/或覆盖件66可通过任何适当手段(诸如粘合剂、紧固件和/或夹持)固定到晶片42上。
在被集成到电子设备10当中时，光学模块27的外部连接44可电连接到电子设备10的一个或多个其他部件(例如，处理器内核复合体18、电源26、I/O端口16、网络接口24等)(过程框106)。光学模块27还可以被安装至电子设备10(过程框108)，例如，从而使得光学部件与电子设备10的周围进行光学通信。如上所述，在一个实施方案中，光学模块可集成到可穿戴设备10D(例如，手表、健康传感器等)中，并且光学模块27可被安装成朝向用户的皮肤。其他实施方案可包括集成到各种电子设备10中和/或具有朝向天空、用户面部或者其他周围环境的取向。
尽管上文参考的流程图70、流程图80、流程图100以及图12A至图12O的过程是按照既定顺序给出的，但是，在某些实施方案中，图示步骤可以被重新排序、更改、删除和/或可以同时发生。例如，可以在晶片42的顶部(例如，有效侧)之前，使晶片42的底部(例如，非有效侧)层叠设置有RDL 50和PSV 52。另外，所参考的流程图70、流程图80、流程图100是作为举例说明工具给出的，并且可根据具体实施添加另外的决策框和/或过程框。
已经以示例的方式示出了上述具体实施方案，并且应当理解，这些实施方案可容许各种修改和另选形式。还应当理解，权利要求书并非旨在限于所公开的特定形式，而是旨在覆盖落在本公开的实质和范围内的所有修改、等同物和替代方案。
本文所述的和受权利要求保护的技术被引用并应用于实物和实际性质的具体示例，其明显改善了本技术领域，并且因此不是抽象、无形或纯理论的。此外，如果附加到本说明书结尾的任何权利要求包含被指定为“用于[执行][功能]...的装置”或“用于[执行][功能]...的步骤”的一个或多个元件，则这些元件将按照35U.S.C.112(f)进行解释。然而，对于任何包含以任何其他方式指定的元件的任何权利要求，这些元件将不会根据35U.S.C.112(f)进行解释。

Claims (20)

1.一种光学晶片，所述光学晶片包括：
衬底；
至少部分地被所述衬底包封的一个或多个光学部件，其中，所述一个或多个光学部件中的每个光学部件被配置为发射或感测光；
至少部分地被所述衬底包封的一个或多个印刷电路板(PCB)条，其中，所述一个或多个PCB条被配置为允许从所述衬底的第一侧到所述衬底的第二侧的导电；和
至少一个重新分布层，所述至少一个重新分布层被配置为将所述一个或多个光学部件中的至少一个光学部件电耦接至所述一个或多个PCB条中的至少一个PCB条。
2.根据权利要求1所述的光学晶片，其中，所述一个或多个光学部件中的每个光学部件包括在所述衬底的所述第一侧上露出的有效侧，其中，所述一个或多个光学部件中的每个光学部件的所述有效侧位于由至少一个钝化层形成的凹陷中，其中，所述凹陷被配置为充当所述一个或多个光学部件之间的遮光件。
3.根据权利要求1所述的光学晶片，其中，所述一个或多个光学部件中的每个光学部件包括在所述衬底的所述第一侧上露出的有效侧，其中，所述衬底的所述第一侧包括被配置为减少所述一个或多个光学部件之间的光学干扰的暗色光阻层。
4.根据权利要求1所述的光学晶片，其中，所述一个或多个光学部件包括一个或多个发光二极管(LED)、一个或多个光电二极管或者它们的任何组合。
5.根据权利要求4所述的光学晶片，其中，所述一个或多个LED包括多个LED，并且所述一个或多个光电二极管包括多个光电二极管，其中，所述多个光电二极管围绕所述多个LED沿圆周布置。
6.根据权利要求1所述的光学晶片，包括被配置为在所述光学晶片的电连接之间提供电隔离的多个钝化层。
7.根据权利要求1所述的光学晶片，包括被配置为将所述光学晶片耦接至电子设备的多个外部电连接。
8.根据权利要求7所述的光学晶片，其中，所述外部电连接包括凸点下金属化层或焊料凸点或者这两者。
9.根据权利要求7所述的光学晶片，包括覆盖件，所述覆盖件被配置为集成到所述电子设备的壳体中并且被配置为允许所述一个或多个光学部件与所述壳体的环境之间的光学通信。
10.根据权利要求1所述的光学晶片，包括透镜，所述透镜被配置为将光聚焦到所述一个或多个光学部件中的至少一个光学部件中或者将光从所述一个或多个光学部件中的至少一个光学部件聚焦出来。
11.根据权利要求10所述的光学晶片，其中，所述透镜中包括菲涅耳透镜。
12.一种光学模块，所述光学模块包括：
晶片，所述晶片包括：
衬底，所述衬底具有第一侧和第二侧；和
至少部分地被所述衬底包封的多个光学部件，其中，所述多个光学部件包括一个或多个光源以及一个或多个光传感器，其中，所述多个光学部件中的每个光学部件包括在所述衬底的所述第一侧上露出的有效侧，其中，所述衬底的所述第一侧包括被配置为使所述一个或多个光源与所述一个或多个光传感器光学隔离的暗色光阻层；和
覆盖件，所述覆盖件被配置为保护所述晶片不受环境影响。
13.根据权利要求12所述的光学模块，其中，所述晶片包括一个或多个印刷电路板(PCB)条，所述PCB条被配置为将所述衬底的所述第一侧上的所述多个光学部件中的至少一个光学部件的电接触件电耦接至与所述衬底的所述第一侧相反的所述衬底的所述第二侧上的通信接触件。
14.根据权利要求12所述的光学模块，其中，所述覆盖件被配置为将所述光学模块固定至电子设备并且允许所述光学模块与所述电子设备外的所述环境之间的光学通信。
15.根据权利要求12所述的光学模块，其中，所述覆盖件包括透镜，所述透镜被配置为使所述一个或多个光源发射的光或者所述一个或多个光传感器接收的光聚焦或漫射。
16.一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括：
壳体；
设置在所述壳体中的光学模块，所述光学模块包括：
晶片；
至少部分地被所述晶片围绕的一个或多个光学部件，其中，所述一个或多个光学部件中的每个光学部件被配置为发射或感测光；
至少部分地被所述晶片围绕的一个或多个印刷电路板(PCB)条，其中，所述一个或多个PCB条被配置为将所述一个或多个光学部件中的至少一个光学部件的接触件穿过所述晶片电耦接至一个或多个接触件；和
处理器，所述处理器设置在所述壳体内，经由所述一个或多个接触部电耦接至所述一个或多个光学部件，并且被配置为与所述一个或多个光学部件之间传达电信号。
17.根据权利要求16所述的可穿戴设备，其中，所述壳体包括透明部分，所述透明部分被配置为允许所述一个或多个光学部件与所述壳体外的环境之间的光学通信。
18.根据权利要求17所述的可穿戴设备，其中，所述壳体的所述透明部分被配置为在操作时抵靠用户的皮肤。
19.根据权利要求16所述的可穿戴设备，其中，所述一个或多个光学部件包括一个或多个光源以及一个或多个光传感器，并且其中，所述一个或多个光源被配置为照射对象，并且所述一个或多个光传感器被配置为感测对照射的响应。
20.根据权利要求16所述的可穿戴设备，其中，所述可穿戴设备包括手表。
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