CN112017976B - 光电传感器封装结构制作方法和光电传感器封装结构 - Google Patents

光电传感器封装结构制作方法和光电传感器封装结构 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种光电传感器封装结构制作方法和光电传感器封装结构，涉及半导体制作技术领域，光电传感器封装结构制作方法包括：提供一基板，将光电传感器芯片和发光芯片均装贴于所述基板的同一侧；采用透明塑封材料对所述光电传感器芯片和所述发光芯片进行塑封，形成透光塑封体，其中，所述透光塑封体开设有沟槽，所述沟槽位于所述光电传感器和所述发光芯片之间；在所述沟槽内填充遮光材料形成遮光隔离墙，通过上述步骤，能够得到一种产品性能好的光电传感器封装结构。

Description

光电传感器封装结构制作方法和光电传感器封装结构
技术领域
本申请涉及半导体制作技术领域，具体而言，涉及一种光电传感器封装结构制作方法和光电传感器封装结构。
背景技术
随着半导体行业的快速发展，光电传感器的应用也越来越广泛，包括实现接近光检测、环境光检测等功能。其实现原理为设置在封装内的发光芯片发出特定波长的光，然后由光电传感器芯片接收反射光实现传感计算。而在现有技术中，用于隔离光电传感器芯片和发光芯片之间的隔离墙大多利用画胶工艺制作，这使得封装结构会存在溢胶的问题，会造成封装结构的污染，进而导致产品的性能变差。
有鉴于此，如何提供一种产品性能好的光电传感器封装方案，是本领域技术人员需要考虑的。
发明内容
本申请提供了一种光电传感器封装结构制作方法和光电传感器封装结构。
本申请的实施例可以这样实现：
第一方面，本申请实施例提供一种光电传感器封装结构制作方法，包括：
提供一基板，将光电传感器芯片和发光芯片均装贴于基板的同一侧；
采用透明塑封材料对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封，形成透光塑封体，其中，透光塑封体开设有沟槽，沟槽位于光电传感器和发光芯片之间；
在沟槽内填充遮光材料形成遮光隔离墙。
在可选的实施方式中，发光芯片包括第一发光二极管芯片和第二发光二极管芯片；
将光电传感器芯片和发光芯片均装贴于基板的同一侧的步骤，包括：
将光电传感器芯片装贴于基板的一侧；
将第一发光二极管芯片和第二发光二极管芯片装贴至基板上光电传感器芯片所在的一侧，其中，第一发光二极管芯片和第二发光二极管芯片对称装贴在光电传感器芯片的两侧。
在可选的实施方式中，发光芯片还包括第一散热片和第二散热片；
将第一发光二极管芯片和第二发光二极管芯片装贴至基板上光电传感器芯片所在的一侧的步骤，包括：
将第一散热片和第二散热片对称装贴至基板上光电传感器芯片所在的一侧，其中，第一散热片和第二散热片对称装贴在光电传感器芯片的两侧；
将第一发光二极管芯片装贴至第一散热片远离基板的一侧，并将第二发光二极管芯片装贴至第二散热片远离基板的一侧。
在可选的实施方式中，采用透明塑封材料对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封，形成透光塑封体的步骤，包括：
采用透明塑封材料对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封，形成初始塑封体；
通过激光开槽操作在初始塑封体上开设沟槽，得到透光塑封体。
在可选的实施方式中，采用透明塑封材料对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封，形成透光塑封体的步骤，包括：
提供一塑封模具，利用塑封模具采用透明塑封材料对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封，形成开设有沟槽的透光塑封体，其中，塑封模具包括凸块，凸块用于形成沟槽。
第二方面，本申请实施例提供一种光电传感器封装结构，包括基板、光电传感器芯片、发光芯片、透光塑封体和遮光材料，透光塑封体开设有沟槽；
光电传感器芯片和发光芯片位于基板的同一侧；
透光塑封体位于基板上光电传感器芯片所在的一侧，其中，透光塑封体用于容置光电传感器芯片和发光芯片；
沟槽位于光电传感器芯片和发光芯片之间，遮光材料填充于沟槽以形成遮光隔离墙。
在可选的实施方式中，发光芯片包括第一发光二极管芯片和第二发光二极管芯片；
第一发光二极管芯片和第二发光二极管芯片对称装贴在光电传感器芯片的两侧。
在可选的实施方式中，发光芯片还包括第一散热片和第二散热片；
第一散热片位于第一发光二极管芯片和基板之间，第二散热片位于第二发光二极管芯片和基板之间；
第一散热片和第二散热片在第一方向上延伸至基板的边缘。
在可选的实施方式中，沟槽是通过激光开槽操作形成的。
在可选的实施方式中，沟槽是利用塑封模具进行塑封形成的。
本申请实施例的有益效果包括，例如：采用本申请实施例提供的一种光电传感器封装结构制作方法和光电传感器封装结构，通过提供一基板，将光电传感器芯片和发光芯片均装贴于基板的同一侧；再采用透明塑封材料对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封，形成透光塑封体，其中，透光塑封体开设有沟槽，沟槽位于光电传感器和发光芯片之间；最终在沟槽内填充遮光材料形成遮光隔离墙，能够巧妙地利用沟槽的设置得到一种产品性能好的光电传感器封装结构。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的光电传感器封装结构制作方法的一种步骤流程示意图；
图2为本申请实施例提供的光电传感器封装结构制作方法的另一种步骤流程示意图；
图3为本申请实施例提供的光电传感器封装结构的一种结构示意图；
图4为本申请实施例提供的光电传感器封装结构的填充遮光材料前的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的光电传感器封装结构的填充遮光材料后的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的光电传感器封装结构的另一种结构示意图；
图7为本申请实施例提供的光电传感器封装结构的另一视角下的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的特征可以相互结合。
随着半导体行业的快速发展，TOF （Time of flight）光电传感器应用越来越广泛，利用运用于可以实现接近光检测、环境光检测、心率检测、血氧检测、手势识别等。其基本原理是发光芯片发出特定波长的光，是通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行（往返）时间来得到目标物距离该光到达待测物体后，会返回一束与待测物体相关的光，到达光学接收芯片的光学接收区，实现传感计算。发光芯片发出的光，一部分光线有可能会在透光材料内部经过多次反射，然后直接被光电传感芯片所接收，从而产生信号的串扰。
而在现有技术中，有两种方式来实现降低光线在透光材料内部经过多次反射对光电传感芯片的干扰。
（一）利用塑封模具形成围栏以及镂空腔体，再在腔体内填充透光性材料。而由于围栏结构太薄，塑封模具注塑形成时，容易存在塌台以及塑封料容易进入空腔体中导致光电传感芯片以及发光芯片表面污染，最终导致产品性能较差。
（二）利用画胶体形成围栏后，再次利用塑封模具填充透明胶体，画胶工艺形成围栏存在溢胶问题，导致光电传感芯片以及发光芯片表面污染，最终导致产品性能较差。
为了解决上述提出的技术问题，请参考图1，图1为本申请实施例提供的光电传感器封装结构制作方法，本实施例提供了一种光电传感器封装结构制作方法，下面对该方法进行详细的介绍。
步骤S201，提供一基板，将光电传感器芯片和发光芯片均装贴于基板的同一侧。
步骤S202，采用透明塑封材料对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封，形成透光塑封体。
其中，透光塑封体开设有沟槽，沟槽位于光电传感器和发光芯片之间。
步骤S203，在沟槽内填充遮光材料形成遮光隔离墙。
在本申请实施例中，可以先将光电传感器芯片和发光芯片装贴在基板的同一层，然后可以利用透明塑封材料直接对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封，由此在基板上形成透光塑封体将光电传感器芯片和发光芯片保护固定，同时能够满足光电传感器芯片和发光芯片的透光性，在本申请实施例中，透明塑封材料可以是高聚物透光材料、透明聚酰胺或聚苯乙烯等化合物等，在此不做限制。
为了实现发光芯片不对光电传感器芯片造成干扰，形成的透光塑封体上开设有沟槽，而沟槽位于光电传感器和发光芯片之间，通过在沟槽内填充遮光材料形成遮光隔离墙，以此阻挡发光芯片发出的光直接照射到光电传感器芯片上。遮光隔离墙的形成方式可以是对填充的遮光材料进行烘烤后得到，而遮光材料可以是高性能丙烯酸、不透光环氧树脂等化合物组成，遮光材料满足不透光性即可，在此不做限制。
在此基础上，发光芯片包括第一发光二极管芯片和第二发光二极管芯片。作为一种可替换的实施例，前述步骤S201可以由以下的步骤实现。
子步骤S201-1，将光电传感器芯片装贴于基板的一侧。
子步骤S201-2，将第一发光二极管芯片和第二发光二极管芯片装贴至基板上光电传感器芯片所在的一侧。
其中，第一发光二极管芯片和第二发光二极管芯片对称装贴在光电传感器芯片的两侧。
在本申请实施例中，为了提高发光芯片正常的反馈光的效果，发光芯片包括第一发光二极管芯片（即LED芯片）和第二发光二极管芯片，而第一发光二极管芯片和第二发光二极管芯片可以对称地装贴在光电传感芯片的两侧，为后续利用光电传感器芯片进行相关检测提供了便捷。
在前述基础上，发光芯片还包括第一散热片和第二散热片。为了能够更加清楚地对本申请的方案进行描述，下面对前述子步骤S201-2进行以下详细的描述。
（1）将第一散热片和第二散热片对称装贴至基板上光电传感器芯片所在的一侧。
其中，第一散热片和第二散热片对称装贴在光电传感器芯片的两侧。
（2）将第一发光二极管芯片装贴至第一散热片远离基板的一侧，并将第二发光二极管芯片装贴至第二散热片远离基板的一侧。
发光二极管芯片必然存在热量过高的问题，为了降低发光二极管芯片对封装结构中的其他部件因热量过高造成影响，可以分别在第一发光二极管芯片与基板之间装贴第一散热片以及在第二发光二极管芯片与基板之间装贴第二散热片，值得说明的是，在本申请实施例中，装贴的第一散热片和第二散热片在第一方向上延伸至基板的边缘，并且在进行塑封的过程中不将第一散热片和第二散热片靠近边缘的一侧覆盖，或者可以在塑封完成后，将第一散热片和第二散热片靠近边缘的一侧通过开槽等工艺露出，在保证第一散热片和第二散热片露出后，便可以实现将第一发光二极管芯片和第二发光二极管芯片产生的热量更好的由第一散热片和第二散热片导出封装结构的外部，提高散热效率。
在此基础上，请结合参考图2，作为一种可替换的实施例，前述步骤202可以由以下的具体实施方式实现。
子步骤S202-1，采用透明塑封材料对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封，形成初始塑封体。
子步骤S202-2，通过激光开槽操作在初始塑封体上开设沟槽，得到透光塑封体。
如前所描述的，透光塑封体开设有凹槽用于在其中填充遮光材料，在本申请实施例中，可以先利用透明塑封材料对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封，在塑封完成形成初始塑封体后，再利用激光开槽工艺进行开槽，形成沟槽。通过上述步骤，能够解决现有技术中直接利用塑封模具形成围栏或者直接画胶体形成围栏对芯片造成污染、损坏等影响，在形成沟槽时不会对光电传感器芯片和发光芯片造成影响，进而在往沟槽中填充遮光材料时，不会对后续封装结构的产品性能造成影响。
除此之外，前述步骤S202还可以以下的方式实现，在本申请实施例中不做限制。
子步骤S202-3，提供一塑封模具，利用塑封模具采用透明塑封材料对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封，形成开设有沟槽的透光塑封体。
其中，塑封模具包括凸块，凸块用于形成沟槽。
除了上述的方式，在本申请实施例中，可以提供一塑封模具，该塑封模具上设置有凸块，以便利用塑封模具采用透明塑封材料对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封形成的透光塑封体开设有沟槽，该沟槽与塑封模具上的凸块形状匹配。通过上述步骤，也能够解决现有技术中直接利用塑封模具形成围栏或者直接画胶体形成围栏对芯片造成污染、损坏等影响。
值得说明的是，在本申请实施例中，提供的塑封模具的凸块可以是伸缩的，在使用过程中，凸块可以先保持伸长状态，并利用透明塑封材料对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封形成带有沟槽的透光塑封体，在透光塑封体形成之后，无需重新布置塑封模具的位置，可以将凸块收缩，并基于收缩的凸块在沟槽内进行遮光材料的填充（例如利用凸块上开设的圆孔注入遮光材料，在此不做限制），形成能够遮光的黑胶（即遮光隔离墙）。应当理解的是，在实际生产过程中，是一次性生产带有多个前述光电传感器封装结构的模组，采用上述步骤，能够便捷地实现透光塑封体的形成以及遮光隔离墙的形成，无需在形成透光塑封体后，依次对每个透光塑封体的沟槽进行遮光材料的填充，仅需一次塑封过程即可完成透光塑封体及遮光隔离墙的构建，提高了生产效率。
请参考图3，本申请实施例提供一种光电传感器封装结构10，包括基板110、光电传感器芯片120、发光芯片、透光塑封体140和遮光材料，透光塑封体140开设有沟槽141。
光电传感器芯片120和发光芯片130位于基板110的同一侧。
透光塑封体140位于基板110上光电传感器芯片120所在的一侧，其中，透光塑封体140用于容置光电传感器芯片120和发光芯片130。
沟槽141位于光电传感器芯片120和发光芯片130之间，遮光材料填充于沟槽141以形成遮光隔离墙150。
在本申请实施例中，提供的光电传感器芯片120和发光芯片130位于基板110的同一侧，由透光塑封体140对光电传感器芯片120和发光芯片130进行塑封，形成透光塑封体140的材料可以是具有良好透光性的透光材料，例如高聚物透光材料、透明聚酰胺或者聚苯乙烯等化合物。为了能够避免发光芯片130对光电传感器芯片120造成影响，透光塑封体140开设有沟槽141，并在沟槽141中填充有遮光材料，遮光材料可以是具备良好不透光性的材料，例如，高性能丙烯酸、不透光环氧树脂等化合物。通过上述设置，便能够得到一种不会对封装结构的芯片造成影响，且具备对外良好透光性、对内良好遮光性的光电传感器封装结构10。
在前述基础上，请结合参考图4和图5，图4为填充遮光材料前的光电传感器封装结构10的结构示意图，图5为填充遮光材料后的光电传感器封装结构10的结构示意图，发光芯片130包括第一发光二极管芯片131和第二发光二极管芯片132。
第一发光二极管芯片131和第二发光二极管芯片132对称装贴在光电传感器芯片120的两侧。
为了光电传感器封装结构10在应用过程中测量更加准确，发光芯片130包括第一发光二极管芯片131和第二发光二极管芯片132，而第一发光二极管芯片131和第二发光二极管芯可以对称装贴在光电传感器芯片120的两侧，以使发光芯片130发出的光形成的反馈光被光电传感器芯片120接收时更加准确。
在此基础上，请结合参考图6和图7，发光芯片130还包括第一散热片161和第二散热片162。
第一散热片161位于第一发光二极管芯片131和基板110之间，第二散热片162位于第二发光二极管芯片132和基板110之间。
第一散热片161和第二散热片162在第一方向上延伸至基板110的边缘。
由于发光二极管芯片的设置，必然会存在热量过高的问题，在本申请实施例中，可以设置第一散热片161为第一发光二极管芯片131散热，设置第二散热片162为第二发光二极管芯片132散热，值得说明的是，第一散热片161和第二散热片162可以是第一方向上延伸至基板110的边缘，露出塑封体的表面，以此达到在为发光二极管芯片进行散热时，散热片能够将发光二极管芯片产生的热量更好的传递至封装结构的外部，提高散热效率，针对发光二极管芯片这类本身的功能便是发光的特殊芯片，将散热件延伸至基板110边缘并从透光塑封体140便面露出，能够最大程度实现前述的散热功能。
在上述基础上，沟槽141可以是通过激光开槽操作形成的。在本申请实施例中，可以先利用透明塑封材料对光电传感器芯片120和发光芯片130进行塑封，在塑封完成形成初始塑封体后，再利用激光开槽工艺进行开槽，形成沟槽141。通过上述步骤，能够解决现有技术中直接利用塑封模具形成围栏或者直接画胶体形成围栏对芯片造成污染、损坏等影响，在形成沟槽141时不会对光电传感器芯片120和发光芯片130造成影响，进而在往沟槽141中填充遮光材料时，不会对后续封装结构的产品性能造成影响。
除此之外，沟槽141可以是利用塑封模具进行塑封形成的。可以提供一塑封模具，该塑封模具上设置有凸块，以便利用塑封模具采用透明塑封材料对光电传感器芯片120和发光芯片130进行塑封形成的透光塑封体140开设有沟槽141，该沟槽141与塑封模具上的凸块形状匹配。通过上述步骤，也能够解决现有技术中直接利用塑封模具形成围栏或者直接画胶体形成围栏对芯片造成污染、损坏等影响。
为了能够更加清楚对本申请中的方案进行解释，应当理解的是，前述光电传感器封装结构10作为实际生产过程中的最小单元，获得整体过程可以参考如下步骤。
（1）提供一基板110。
（2）在基板110的对应位置装贴散热片，然后将发光二极管芯片装贴至散热片上。
（3）在基板110的对应位置装贴光电传感器芯片120，并对发光二极管芯片和光电传感器芯片120进行打线操作，使得发光二极管芯片和光电传感器芯片120与基板110线路连接。
（4）利用塑封工艺，进行塑封注塑透明胶材料，保护其叠装好的芯片结构，透明胶材料需要满足透光率大于90%，可以选择高聚物透光材料、透明聚酰胺、聚苯乙烯等化合物组成，再次利用激光开槽方式，将透明塑封体表面开凹槽（开槽深度至基板110表面），形成凹槽，再次在凹槽内填充遮光材料烘烤形成围栏，利用遮光材料的不透光性防止光线散射进入光电传感器上，其黑胶材料需要满足不透光性，可以选择高性能丙烯酸、不透光环氧树脂等化合物组成。
（5）在基板110的背面进行植球工艺，形成背板锡球，在利用切割工艺将产品切割成单颗产品（即光电传感器封装结构10），值得说明的是，散热片在装贴至基板110上时延伸至切割道所在位置，因此进行切割时散热片会露出，以此达到每个光电传感器封装结构10的散热片均露出，具备良好的散热效果的目的。
综上，本申请实施例提供了一种光电传感器封装结构制作方法和光电传感器封装结构，通过提供一基板，将光电传感器芯片和发光芯片均装贴于基板的同一侧；再采用透明塑封材料对光电传感器芯片和发光芯片进行塑封，形成透光塑封体，其中，透光塑封体开设有沟槽，沟槽位于光电传感器和发光芯片之间；最终在沟槽内填充遮光材料形成遮光隔离墙，能够巧妙地利用沟槽的设置得到一种产品性能好的光电传感器封装结构。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种光电传感器封装结构制作方法，其特征在于，包括：
提供一基板，将光电传感器芯片和发光芯片均装贴于所述基板的同一侧；
采用透明塑封材料对所述光电传感器芯片和所述发光芯片进行塑封，形成透光塑封体，其中，所述透光塑封体开设有沟槽，所述沟槽位于所述光电传感器和所述发光芯片之间；
在所述沟槽内填充遮光材料形成遮光隔离墙；
所述发光芯片包括第一发光二极管芯片和第二发光二极管芯片；
所述将光电传感器芯片和发光芯片均装贴于所述基板的同一侧的步骤，包括：
将所述光电传感器芯片装贴于所述基板的一侧；
将所述第一发光二极管芯片和所述第二发光二极管芯片装贴至所述基板上所述光电传感器芯片所在的一侧，其中，所述第一发光二极管芯片和所述第二发光二极管芯片对称装贴在所述光电传感器芯片的两侧；
所述发光芯片还包括第一散热片和第二散热片；
所述将所述第一发光二极管芯片和所述第二发光二极管芯片装贴至所述基板上所述光电传感器芯片所在的一侧的步骤，包括：
将所述第一散热片和所述第二散热片对称装贴至所述基板上所述光电传感器芯片所在的一侧，其中，所述第一散热片和所述第二散热片对称装贴在所述光电传感器芯片的两侧；
将所述第一发光二极管芯片装贴至所述第一散热片远离所述基板的一侧，并将所述第二发光二极管芯片装贴至所述第二散热片远离所述基板的一侧，将第一散热片和第二散热片靠近边缘的一侧通过开槽工艺露出；
所述采用透明塑封材料对所述光电传感器芯片和所述发光芯片进行塑封，形成透光塑封体的步骤，包括：
提供一塑封模具，利用所述塑封模具采用透明塑封材料对所述光电传感器芯片和所述发光芯片进行塑封，形成开设有所述沟槽的所述透光塑封体，其中，所述塑封模具包括凸块，所述凸块用于形成所述沟槽；
所述在所述沟槽内填充遮光材料形成遮光隔离墙，包括：
通过凸块上开设的圆孔在所述沟槽内注入所述遮光材料形成遮光隔离墙。
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