CN112054064A - 芯片级封装结构、光电装置及芯片级封装方法 - Google Patents
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Abstract
所述芯片级封装结构包括：基板、第一阶层、感光芯片、第二阶层及光学元件，所述基板的一侧围设有所述第一阶层，所述第一阶层具有容置空间，所述感光芯片设置于所述基板的一侧，且位于所述容置空间内，所述第二阶层围设于所述第一阶层背离所述基板的一侧，所述光学元件设置于所述第二阶层。所述感光芯片设置于所述容置空间内，提高了所述芯片级封装结构的空间利用率，节约了制造成本。同时，所述第二阶层用于承载或支撑所述光学元件，且形成了通孔。光线可经由所述光学元件及通孔入射至所述感光芯片，使得所述感光芯片正常工作。本申请还提供了一种光电装置及芯片级封装方法。
Description
技术领域
本申请涉及芯片封装技术领域，尤其是涉及一种芯片级封装结构、光电装置及芯片级封装方法。
背景技术
芯片制作过程中，封装是主要流程。而光学芯片由于涉及到光学结构，传统的芯片封装工艺无法封装光学芯片。现有的光学芯片封装工艺制作成本较高、工艺流程复杂。
发明内容
本申请公开了一种芯片级封装结构，所述芯片级封装结构的结构简单，能够解决现有的光学芯片封装工艺制作成本较高、工艺流程复杂的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种芯片级封装结构，所述芯片级封装结构包括：基板、第一阶层、感光芯片、第二阶层及光学元件，所述基板的一侧围设有所述第一阶层，所述第一阶层具有容置空间，所述感光芯片设置于所述基板的一侧，且位于所述容置空间内，所述第二阶层围设于所述第一阶层背离所述基板的一侧，所述光学元件设置于所述第二阶层。
所述感光芯片设置于所述容置空间内，提高了所述芯片级封装结构的空间利用率，节约了制造成本。同时，所述第二阶层用于承载或支撑所述光学元件，且形成了通孔。光线可经由所述光学元件及通孔入射至所述感光芯片，使得所述感光芯片正常工作。
第二方面，本申请还提供了一种光电装置，所述光电装置包括光发射器及如第一方面所述的芯片级封装结构，所述芯片级封装结构用于接收所述光发射器发射的光信号，并转换为电信号。
第三方面，本申请还提供了一种芯片级封装方法，所述芯片级封装方法包括：
提供基板；
提供第一阶层，将所述第一阶层设置于所述基板的一侧，所述第一阶层具有容置空间；
提供感光芯片，将所述感光芯片设置于所述容置空间内；
提供第二阶层，将所述第二阶层设置于所述第一阶层背离所述基板的一侧；及
提供光学元件，将所述光学元件设置于所述第二阶层背离所述第一阶层的一侧。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请第一实施方式提供的芯片级封装结构俯视示意图。
图2为图1中沿I-I线的剖视示意图。
图3为本申请一实施例提供的光学元件承载示意图。
图4为本申请一实施例提供的多滤光片封装结构示意图。
图5为本申请一实施例提供的芯片级封装结构剖视示意图。
图6为本申请一实施例提供的塑封体示意图。
图7为本申请一实施例提供的塑封体示意图。
图8为本申请一实施例提供的光电装置示意图。
图9为本申请一实施例提供的芯片级封装方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
本申请提供了一种芯片级封装结构1，请一并参阅图1及图2，图1为本申请第一实施方式提供的芯片级封装结构俯视示意图；图2为图1中沿I-I线的剖视示意图。所述芯片级封装结构1包括：基板11、第一阶层12、感光芯片13、第二阶层14及光学元件15。所述基板11的一侧围设有所述第一阶层12，所述第一阶层12具有容置空间121。所述感光芯片13设置于所述基板11的一侧，且位于所述容置空间121内。所述第二阶层14围设于所述第一阶层12背离所述基板11的一侧，所述光学元件15设置于所述第二阶层14。
需要说明的是，为了更清晰的观察到所述基板11、所述第一阶层12、所述感光芯片13及所述第二阶层14的位置关系，在图1中忽略所述光学元件15，并不代表所述光学元件15不存在于图1。
具体的，所述第一阶层12围设于所述基板11，且所述第一阶层12具有所述容置空间121，也就是说，所述第一阶层12的中部形成第一通孔122，所述第一通孔122在层叠方向上导通所述第一阶层12邻近所述基板11的一侧及背离所述基板11的一侧。同理，所述第二阶层14围设于所述第一阶层12背离所述基板11的一侧，也就是说，所述第二阶层14的中部形成第二通孔141，所述第二通孔141在层叠方向上导通所述第二阶层14邻近所述第一基层的一侧及背离所述第一阶层12的一侧。
具体的，在本实施例中，以所述光学元件15为滤光片进行示例，所述感光芯片13为可以将光信号转换为可被读取的电信号的一种光电器件。通常情况下，所述感光芯片13工作在特定光辐射波段，具体的，例如，紫外光传感器中的所述感光芯片13工作在紫外光辐射波段(315nm-400nm)；又例如，红外光传感器中的光学芯片工作在红外光辐射波段(850nm-940nm)。可以理解的，所述感光芯片13可接收不同波段的光信号并转换为可被读取的电信号。由于所述感光芯片13工作在特定光辐射波段，因此，所述光学元件15可仅让预设波段的光信号通过，而预设波段之外的其他波段的光信号不能被通过。
可以理解的，所述光学元件15还可以是凸镜、凹镜、棱镜、具有通孔的板件中的任意一种或多种。当所述光学元件15为不同的光学器件时，所对应的感光芯片的功能不同。例如，当所述光学元件15为凸镜时，感光芯片的功能可以是计算接收光的折射率。
可以理解的，所述容置空间121内还可以设置多个所述感光芯片13或者其他功能芯片，以达到多功能电路设计的效果。本申请仅仅是以所述容置空间121设置单个所述感光芯片13进行示意，并非限制了所述容置空间121内的芯片数量。
具体的，所述第二阶层14的材料可以为但不限于为陶瓷材料，所述第二阶层14用于承载或支撑所述光学元件15。可以理解的，陶瓷材料可以为所述第二阶层14提供一定的支撑强度，同时具有一定的柔软度。所述第二阶层14在承载或支撑所述光学元件15的同时，可以防止所述光学元件15由于支撑压力而破损，起到了保护所述光学元件15的作用。
可以理解的，在本实施例中，所述感光芯片13设置于所述容置空间121内，提高了所述芯片级封装结构1的空间利用率，节约了制造成本。同时，所述第二阶层14用于承载或支撑所述光学元件15，且形成了通孔。光线可经由所述光学元件15及通孔入射至所述感光芯片13，使得所述感光芯片13正常工作。
在一种可能的实施例中，请再次参阅图1，所述光学元件15设置于所述第二阶层14背离所述第一阶层12的一侧。
具体的，本实施例为所述第二阶层14支撑所述光学元件15的一种实施例。所述光学元件15在垂直于层叠方向上的长度，应大于所述第二阶层14所形成的通孔的孔径大小，以使得所述光学元件15的外侧可以与所述第二阶层14背离所述第一阶层12的一侧接触。优选的，如图1所示，所述光学元件15的最外侧边缘与所述第二阶层14的最外侧边缘平齐，以得到更好的支撑效果。
在其他可能的实施例中，请一并参阅图3，图3为本申请一实施例提供的光学元件承载示意图。具体的，本实施例为所述第二阶层14承载所述光学元件15的一种实施例。所述光学元件15在垂直于层叠方向上的长度，应等于所述第二阶层14所形成的通孔的孔径大小，以使得所述光学元件15的外侧与所述第二阶层14所形成的通孔的内侧壁相抵触，从而使所述光学元件15承载于所述第二阶层14。
可以理解的，只要不影响所述第二阶层14承载或支撑所述光学元件15，本申请对所述第二阶层14承载或支撑所述光学元件15的方式不加以限制。
在一种可能的实施例中，请一并参阅图4，图4为本申请一实施例提供的多滤光片封装结构示意图。所述第二阶层14包括本体142及延伸部143，所述延伸部143由所述本体142向背离所述第一阶层12的方向延伸。所述光学元件15包括至少两个滤光片，当所述滤光片的数量为两个时，所述光学元件15包括第一滤光片151及第二滤光片152，所述第一滤光片151设置于所述本体142背离所述第一阶层12的一侧，所述第二滤光片152设置于所述延伸部143背离所述本体142的一侧。
具体的，所述延伸部143及所述本体142一体成型，所述第二滤光片152在垂直于层叠方向上的长度大于所述第一滤光片151在垂直于层叠方向上的长度。所述本体142用于支撑所述第一滤光片151，所述延伸部143用于支撑所述第二滤光片152。
具体的，所述第一滤光片151与所述第二滤光片152组合，同样可以使预设波段的光信号通过，而预设波段之外的其他波段的光信号不能被通过，且该预设波段单个光学元件15无法完成。可以理解的，所述第一滤光片151与所述第二滤光片152组合，使得所述感光芯片13可以选择工作在更多的光辐射波段中。本申请对所述光学元件15的组合数量不加以限制。当所述光学元件15的数量大于等于两个时，所述第二阶层14的所述本体142及延伸部143的数量同样增加，以支撑多个所述光学元件15。
在一种可能的实施例中，所述第二阶层14的孔径大于或等于第一阶层12的孔径。
具体的，所述第一阶层12或所述第二阶层14的孔径是指，所述第一阶层12形成的所述第一通孔122及所述第二阶层14形成的所述第二通孔141在垂直于层叠方向上的直径大小。所述第二阶层14的孔径大于第一阶层12的孔径，也就是说，所述第二阶层14形成的通孔的内侧壁距离所述感光芯片13的垂直距离远于所述第一阶层12形成的通孔的内侧壁距离所述感光芯片13的垂直距离。
可以理解的，光线经由所述光学元件15入射，若所述第二阶层14的孔径小于第一阶层12的孔径，大部分光信号将被所述第二阶层14遮挡，降低了所述感光芯片13的工作效率，因此，所述第二阶层14的孔径应大于或等于第一阶层12的孔径。
在一种可能的实施例中，请一并参阅图5，图5为本申请一实施例提供的芯片级封装结构剖视示意图。所述感光芯片13包括非感光区132及感光区131。所述非感光区132围设于所述感光区131，所述感光区131设置于所述感光芯片13背离所述基板11的一侧。
通常情况下，所述感光芯片13具有所述非感光区132及所述感光区131，所述非感光区132用于保护所述感光芯片13内部的电路。所述感光芯片13对入射至所述非感光区132的光信号不作出响应，只将入射至所述感光区131的光信号转换为电信号。在本实施例中，所述感光区131设置于所述感光芯片13背离所述基板11的一侧，以使得光线能够入射至所述感光区131。
具体的，如图5所示，所述基板11邻近所述容置空间121的一侧还设置有固定区111，所述固定区111可通过焊接与所述感光芯片13的所述非感光区132焊接，以固定所述感光芯片13于所述容置空间121内。
在一种可能的实施例中，请再次参阅图5，所述感光芯片13包括多个焊接点133，所述多个焊接点133设置于所述感光芯片13背离所述基板11一侧的所述非感光区132。所述基板11内设置有导电线路112，且所述导电线路112贯穿所述第一阶层12，外露于所述第一阶层12背离所述基板11一侧的表面。所述多个焊接点133与所述导电线路112通过导线16电连接。
具体的，基板11的材质可以是软性线路板、硬性线路板、软硬结合线路板或其他类型的线路板，以及玻璃，陶瓷等多种材料的单层、多层线路板。所述多个焊接点133与所述感光芯片13内部的电路电连接，当所述多个焊接点133与所述导电线路112通过导线16电连接时，所述感光芯片13与所述基板11之间可传输电信号。所述导线16可以为但不限于为金线、铜线或铝线等具有可焊接性、导电性强的金属材料。
在一种可能的实施例中，请再次参阅图5，所述第二阶层14沿层叠方向上的高度，大于所述导线16沿所述层叠方向上的最大高度。
具体的，所述第二阶层14用于承载或支撑所述光学元件15，为了防止所述光学元件15触及所述导线16，使得所述导线16断裂或与所述焊接点133及所述导电线路112接触不良的情况出现，所述第二阶层14沿层叠方向上的高度，应大于所述导线16沿所述层叠方向上的最大高度。
在其他可能的实施例中，所述感光芯片13的所述多个焊接点133还可以设置于所述容置空间121内，且所述导电线路112贯穿所述第一阶层12外露于所述容置空间121，使得所述导线16仅位于所述容置空间121内，从而避免与所述光学元件15接触。
在一种可能的实施例中，请一并参阅图6，图6为本申请一实施例提供的塑封体示意图。所述芯片级封装结构1还包括塑封体17。所述塑封体17包覆于外露的所述导电线路112、所述导线16及所述焊接点133，并延伸至所述容置空间121，且所述塑封体17在所述感光芯片13上的正投影范围落在所述感光区131之外。
具体的，所述塑封体17包覆于外露的所述导电线路112、所述导线16及所述焊接点133，以固定并保护所述导电线路112、所述导线16及所述焊接点133。所述塑封体17延伸至所述容置空间121，还起到固定所述感光芯片13的作用。
具体的，所述塑封体17在所述感光芯片13上的正投影范围落在所述感光区131之外，也就是说，所述塑封体17露出所述光学元件15对应所述感光区131的部分。如图6所示，所述塑封体17包覆所述非感光区132的至少部分，且所述塑封体17并未包覆所述感光区131。也就是说，所述塑封体17对所述感光芯片13接收的光不产生影响。因此，在本实施例中，所述塑封体17可以是透光材料，也可以是不透光材料(例如固态环氧树脂、酚醛树脂填充物等)。
在一种可能的实施例中，请一并参阅图7，图7为本申请一实施例提供的塑封体示意图。所述芯片级封装结构1还包括塑封体17，所述塑封体17为透光材料，所述塑封体17完全包覆于外露的所述导电线路112、所述导线16、所述焊接点133及所述感光区131，并延伸至所述容置空间121。
具体的，与上一实施例不同的是，所述塑封体17完全包覆于所述导电线路112、所述导线16、所述焊接点133及所述感光区131。当所述塑封体17完全包覆于所述感光芯片13时，也就是说，所述塑封体17对应所述感光区131及所述非感光区132设置，为了降低所述塑封体17对所述感光芯片13的影响，所述塑封体17的材料为透光材料。
具体的，当所述塑封体17为透光材料时，所述塑封体17的透光率由所述塑封体17的厚度及光的波长决定，所述塑封体17可透过光波长大于400nm的光。优选的，所述塑封体17沿层叠方向上的厚度为1mm，且光波长为940nm时，所述塑封体17的透光率可达到98％。
在一种可能的实施例中，所述塑封体17还用于支撑所述光学元件15。
具体的，所述塑封体17的至少部分与所述光学元件15直接接触，那么，所述塑封体17对所述光学元件15产生一定的支持力，使得所述光学元件15受力更为均匀，所述光学元件15不易受到破损。
本申请还提供了一种光电装置2，请一并参阅图8，图8为本申请一实施例提供的光电装置示意图。所述光电装置2包括光发射器21及如上文所述的芯片级封装结构1，所述芯片级封装结构1用于接收所述光发射器21发射的光信号，并转换为电信号。
具体的，所述芯片级封装结构1请参阅上文描述，在此不再赘述。所述光电装置2可以是深感摄像头。所谓深感摄像头是指，所述光发射器21发射一红外光，红外光入射至物体后反射，所述光学元件15可对光线进行过滤，使得所述感光芯片13仅接收反射回来的红外光。通过计算红外光的发射及接收的时间，可以得出反射红外光物体距离所述光电装置2的距离。
本申请还提供了一种芯片级封装方法，请一并参阅图9，图9为本申请一实施例提供的芯片级封装方法流程示意图。所述芯片级封装方法包括：步骤S801、S802、S803、S804、S807，步骤S801、S802、S803、S804、S807的详细介绍如下。
S801，提供基板；
S802，提供第一阶层，将所述第一阶层设置于所述基板的一侧，所述第一阶层具有容置空间；
S803，提供感光芯片，将所述感光芯片设置于所述容置空间内；
S804，提供第二阶层，将所述第二阶层设置于所述第一阶层背离所述基板的一侧；及
S807，提供光学元件，将所述光学元件设置于所述第二阶层背离所述第一阶层的一侧。
具体的，在一种可能的实施例中，请再次参阅图9，在所述提供第二阶层，将所述第二阶层设置于所述第一阶层背离所述基板的一侧之后，所述芯片级封装方法还包括：步骤S805，步骤S805的详细介绍如下。
S805，提供导线，将所述感光芯片的焊接点与所述基板的导电线路电连接。
具体的，在一种可能的实施例中，请再次参阅图9，在所述提供导线，将所述感光芯片的焊接点与所述基板的导电线路电连接之后，所述芯片级封装方法还包括：步骤S806，步骤S806的详细介绍如下。
S806，提供塑封体，将所述塑封体包覆于外露的所述导电线路、所述导线及所述焊接点，并延伸至所述容置空间，且所述塑封体与所述感光区具有间隙；或者，
提供塑封体，所述塑封体完全包覆于外露的所述导电线路、所述导线、所述焊接点及所述感光区，并延伸至所述容置空间。
需要说明的是，本申请提供的所述芯片级封装结构1还适用于单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)封装技术中，本申请对此不加以限制。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (14)
1.一种芯片级封装结构，其特征在于，所述芯片级封装结构包括：基板、第一阶层、感光芯片、第二阶层及光学元件，所述基板的一侧围设有所述第一阶层，所述第一阶层具有容置空间，所述感光芯片设置于所述基板的一侧，且位于所述容置空间内，所述第二阶层围设于所述第一阶层背离所述基板的一侧，所述光学元件设置于所述第二阶层。
2.如权利要求1所述的芯片级封装结构，其特征在于，所述光学元件设置于所述第二阶层背离所述第一阶层的一侧。
3.如权利要求1所述的芯片级封装结构，其特征在于，所述第二阶层包括本体及延伸部，所述延伸部由所述本体向背离所述第一阶层的方向延伸，所述光学元件包括至少两个滤光片，当所述滤光片的数量为两个时，所述光学元件包括第一滤光片及第二滤光片，所述第一滤光片设置于所述本体背离所述第一阶层的一侧，所述第二滤光片设置于所述延伸部背离所述本体的一侧。
4.如权利要求1所述的芯片级封装结构，其特征在于，所述第二阶层的孔径大于或等于第一阶层的孔径。
5.如权利要求1-4任意一项所述的芯片级封装结构，其特征在于，所述感光芯片包括非感光区及感光区，所述非感光区围设于所述感光区，所述感光区设置于所述感光芯片背离所述基板的一侧。
6.如权利要求5所述的芯片级封装结构，其特征在于，所述感光芯片包括多个焊接点，所述多个焊接点设置于所述感光芯片背离所述基板一侧的所述非感光区，所述基板内设置有导电线路，且所述导电线路贯穿所述第一阶层，外露于所述第一阶层背离所述基板一侧的表面，所述多个焊接点与所述导电线路通过导线电连接。
7.如权利要求6所述的芯片级封装结构，其特征在于，所述第二阶层沿层叠方向上的高度，大于所述导线沿所述层叠方向上的最大高度。
8.如权利要求1-7任意一项所述的芯片级封装结构，其特征在于，所述芯片级封装结构还包括塑封体，所述塑封体包覆于外露的所述导电线路、所述导线及所述焊接点，并延伸至所述容置空间，且所述塑封体在所述感光芯片上的正投影范围落在所述感光区之外。
9.如权利要求1-7任意一项所述的芯片级封装结构，其特征在于，所述芯片级封装结构还包括塑封体，所述塑封体为透光材料，所述塑封体完全包覆于外露的所述导电线路、所述导线、所述焊接点及所述感光区，并延伸至所述容置空间。
10.如权利要求9所述的芯片级封装结构，其特征在于，所述塑封体还用于支撑所述光学元件。
11.一种光电装置，其特征在于，所述光电装置包括光发射器及如权利要求1-10任意一项所述的芯片级封装结构，所述芯片级封装结构用于接收所述光发射器发射的光信号，并转换为电信号。
12.一种芯片级封装方法，其特征在于，所述芯片级封装方法包括：
提供基板；
提供第一阶层，将所述第一阶层设置于所述基板的一侧，所述第一阶层具有容置空间；
提供感光芯片，将所述感光芯片设置于所述容置空间内；
提供第二阶层，将所述第二阶层设置于所述第一阶层背离所述基板的一侧；及
提供光学元件，将所述光学元件设置于所述第二阶层背离所述第一阶层的一侧。
13.如权利要求12所述的芯片级封装方法，其特征在于，在所述提供第二阶层，将所述第二阶层设置于所述第一阶层背离所述基板的一侧之后，所述芯片级封装方法还包括：
提供导线，将所述感光芯片的焊接点与所述基板的导电线路电连接。
14.如权利要求13所述的芯片级封装方法，其特征在于，在所述提供导线，将所述感光芯片的焊接点与所述基板的导电线路电连接之后，所述芯片级封装方法还包括：
提供塑封体，将所述塑封体包覆于外露的所述导电线路、所述导线及所述焊接点，并延伸至所述容置空间，且所述塑封体与所述感光区具有间隙；或者，
提供塑封体，所述塑封体完全包覆于外露的所述导电线路、所述导线、所述焊接点及所述感光区，并延伸至所述容置空间。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |