CN113314619B - 多光谱光学传感器封装结构及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种多光谱光学传感器封装结构，包括：塑封层，具有相对的第一表面和第二表面；第一芯片和第二芯片，嵌设于所述塑封层内，所述第一芯片内形成有第一光传感阵列，所述第二芯片内形成有信号处理电路；所述塑封层第一表面贴覆有透光基板，所述透光基板至少包括第一光谱通道区域，所述第一芯片的第一光传感阵列在所述透光基板的投影位于所述第一光谱通道区域内；所述塑封层的第二表面形成有互连层，所述互连层内具有电连接结构，用于电连接所述第一芯片和第二芯片。上述多光谱光学传感器封装结构优化光谱滤波分光结构，使得工艺难度降低，降低成本；同时，综合识别不可见光波段光谱和可见光波段光谱，使得整个封装体积减小。
Description
技术领域
本申请涉及光学传感技术领域，具体涉及一种多光谱光学传感器封装结构及其封装方法。
背景技术
在光学传感器中，包括可见光传感器以及特殊光谱识别传感器，其中，特殊光谱识别传感器中包括对短波红外波段的传感器。由于短红外波比可见光拥有更好的穿透率，因此，短红外波传感器广泛运用于边防和海空监控，森林火灾监控，芯片检验，皮肤检验等可见光不能清晰成像的领域。
可见光感光芯片多为硅基芯片，频谱波段在400nm～940nm，而短波红外波段，尤其是大于1um波段的感光芯片则需能带更低的材料，例如InGaAs，量子点，石墨烯，a-Silicon等。目前短红外波的多种光谱光学传感器领域主要以InP等稳定的Ⅲ-Ⅴ族材料作为衬底，然后在表面通过气相外延、液相外延等方式来制作InGaAs等材料，光谱识别范围一般在780nm～1700nm。
并且，传统的多光谱应用多使用比较复杂的光学结构实现分光，其整体系统体积较大，成本居高不下。虽然，现有的一些新型的多光谱传感器也尝试通过MEMS镜片阵列或通过纳米压印等方式形成反射光栅分光等结构，以实现小型化，但是这导致技术难度和复杂度的增加，流程长且复杂，导致芯片的成本依旧比较大。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种多光谱光学传感器封装结构及其封装方法，以解决现有的多光谱光学传感器体积较大，成本较高的问题。
本申请提供的一种多光谱光学传感器封装结构，包括：塑封层，具有相对的第一表面和第二表面；第一芯片和第二芯片，嵌设于所述塑封层内，所述第一芯片内形成有第一光传感阵列，所述第二芯片内形成有信号处理电路；所述塑封层第一表面贴覆有透光基板，所述透光基板至少包括第一光谱通道区域，所述第一芯片的第一光传感阵列在所述透光基板的投影位于所述第一光谱通道区域内；所述塑封层的第二表面形成有互连层，所述互连层内具有电连接结构，用于电连接所述第一芯片和第二芯片。
可选的，所述信号处理电路包括：第一光谱信号处理电路，通过所述互连层电连接至所述第一芯片，用于读取和处理所述第一芯片产生的第一光传感信号。
可选的，所述第二芯片的正面内还形成有第二光传感阵列；所述第二芯片内的信号处理电路包括：第二光谱信号处理电路，连接至所述第二光传感阵列，用于读取和处理所述第二光传感阵列产生的第二传感信号。
可选的，第一芯片和第二芯片包括相对的第一表面和第二表面，所述第一芯片和第二芯片的第一表面朝向所述塑封层的第一表面；所述第一光传感阵列位于所述第一芯片的第一表面或第二表面；所述第二光传感阵列位于所述第二芯片的第一表面或第二表面。
可选的，所述第一光传感阵列和所述第二光传感阵列分别用于感应不同波段的光。
可选的，所述第一光传感阵列用于感应非可见光，所述第二光传感阵列用于感应可见光。
可选的，所述第一光传感阵列的光传感材料包括InGaAs、量子点材料、石墨烯材料以及无定形硅中的至少一种；所述第二光传感阵列的光传感材料包括单晶硅。
可选的，所述透光基板还包括第二光谱通道区域，所述第二芯片的第二光传感阵列在所述透光基板的投影位于所述第二光谱通道区域内。
可选的，所述透光基板包括基板主体，具有相对的第一表面和第二表面；所述第一光谱通道区域包括形成于所述基板主体的第一表面上的第一光谱通道膜层，所述第一光谱通道膜层包括至少一个光谱通道，用于通过与所述第一芯片的传感波段对应的光线；所述第二光谱通道区域包括形成于所述基板主体的第一表面上的第二光谱通道膜层，所述第二光谱通道膜层包括至少一个光谱通道，用于通过与所述第二芯片的传感波段对应的光线。
可选的，所述透光基板还包括透镜阵列，形成于所述基板主体的第二表面上；所述透镜阵列中的单个透镜对应于一个或多个光谱通道。
可选的，所述第一芯片和第二芯片的第二表面与所述塑封层的第二表面齐平；且，所述塑封层覆盖所述第一芯片和/或第二芯片的第一表面；或者，所述塑封层的第一表面与所述第一芯片、第二芯片中较高的芯片的第一表面齐平。
本申请还提供一种多光谱光学传感器封装结构的封装方法，包括：至少提供第一芯片和第二芯片，分别具有相对的第一表面和第二表面，所述第一芯片和所述第二芯片具有相对的正面和背面，所述第一芯片的正面内形成有第一光传感阵列，所述第二芯片内形成有信号处理电路；将所述第一芯片和第二芯片的第二表面固定于一载板上；在各个芯片之间填充塑封胶，以固定各个芯片位置，并在芯片正面一侧形成平坦表面；在所述平坦表面上贴覆透光基板，所述透光基板至少包括第一光谱通道区域，所述第一芯片的第一光传感阵列在所述透光基板的投影位于所述第二光谱通道区域内；去除所述载板，暴露出各个芯片的背面；在所述芯片的第二表面侧形成互连层，所述互连层内形成有电连接结构，以电连接所述第一芯片和第二芯片。
可选的，还包括：在填充所述塑封胶之前，在所述载板上方贴附保护膜，所述保护膜由上述第一芯片和/或第二芯片支撑，悬空于所述载板上方；在所述保护膜与所述载板之间填充所述塑封胶。
可选的，所述信号处理电路包括：第一光谱信号处理电路，用于读取和处理所述第一芯片产生的第一光传感信号。
可选的，所述第二芯片的正面内还形成有第二光传感阵列，用于产生第二光传感信号；所述信号处理电路包括：第二光谱信号处理电路，用于读取和处理所述第二芯片产生的第二光传感信号。
可选的，所述第一芯片和第二芯片的第一表面朝向所述塑封层的第一表面；所述第一光传感阵列位于所述第一芯片的第一表面或第二表面；所述第二光传感阵列位于所述第二芯片的第一表面或第二表面。
可选的，所述第一光传感阵列和所述第二光传感阵列分别用于感应不同波段的光；或者，所述第一光传感阵列用于感应非可见光，所述第二光传感阵列用于感应可见光；或者，所述第一光传感阵列的光传感材料包括InGaAs、量子点材料、石墨烯材料以及无定形硅中的至少一种；所述第二光传感阵列的光传感材料包括单晶硅。
可选的，所述透光基板还包括第二光谱通道区域，所述第二芯片的第二光传感阵列在所述透光基板的投影位于所述第二光谱通道区域内。
可选的，所述透光基板的形成方法包括：提供基板主体，具有相对的第一表面和第二表面；在所述基板主体的第一表面上形成分别与所述第一光传感阵列和第二光传感阵列位置对应的第一光谱通道膜层和第二光谱通道膜层；所述第一光谱通道膜层包括至少一个光谱通道，用于通过与所述第一芯片的传感波段对应的光线；所述第二光谱通道膜层包括至少一个光谱通道，用于通过与所述第二芯片的传感波段对应的光线。
可选的，所述透光基板的形成方法还包括：在所述基板主体的第二表面形成透镜阵列，所述透镜阵列中的单个透镜对应于一个或多个光谱通道。
本申请上述多光谱光学传感器的封装结构包括第一芯片和第二芯片，所述第一芯片用于进行特定光谱的感知，第二芯片用于对第一芯片产生的第一光传感信号进行处理。通过透光基板上的第一光谱通道区域为所述第一芯片进行光谱选择，所述第一光谱通道区域通过滤波膜层实现，优化光谱滤波分光结构，工艺难度降低，成本较低，且使得整个封装结构的体积下降。
进一步，第二芯片上也形成有第二光传感阵列，能够拓宽整个光学传感器可感知的光谱范围，综合识别不可见光波段光谱和可见光波段光谱，使得整个封装体积减小。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。
图1至图7是本申请一实施例的多光谱光传感器封装过程的结构示意图；
图8是一实施例的多光谱光传感器结构的功能模块结构示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述，现有的非可见光，例如短红外光的传感器的模组结构尺寸较大且成本较高。
下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域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例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
请参考图1至图7，为本申请一实施例的多光谱光学传感器的封装过程的结构示意图。
请参考图1，提供第一芯片101和第二芯片102，所述第一芯片101和所述第二芯片102具有相对的第一表面和第二表面，将所述第一芯片101和第二芯片102的第二表面固定于一载板103上。
该实施例中，芯片的第一表面为背面，第二表面为正面。
所述第一芯片101为光学传感芯片，形成有第一光传感阵列(图中未示出)。所述第一光传感阵列由多个光学传感像素单元组成。所述第一光学传感阵列内的像素单元可以为在所述半导体衬底上形成的CMOS传感单元、二极管传感单元或CCD传感单元等光敏传感单元，用于将光信号转换为电信号，形成第一光传感信号。所述第一芯片内还可以形成有连接所述第一光传感阵列的外围电路，用于读取所述第一光传感阵列内各个像素单元产生的第一光传感信号。该实施例中，所述第一光传感阵列和外围电路均形成于所述第一芯片101的第二表面1012内。在其他实施例中，所述第一光传感阵列和外围电路也可以形成于所述第一芯片的第一表面1011内。
所述第二芯片102内形成有信号处理电路，具体的至少包括：第一光谱信号处理电路，用于读取和处理所述第一芯片101产生的第一光传感信号，例如可以包括对所述第一光传感信号进行去噪、放大、模数转换等处理。
所述第一芯片101的第二表面1012以及第二芯片102的第二表面1022形成有焊垫，连接至芯片内部电路，用于将信号引出。所述第一芯片101的第二表面1012和第二芯片102的第二表面1022通过粘胶层104固定于所述载板103表面。具体的，在所述载板103表面贴附具有双面粘性的粘胶层104之后，将所述第一芯片101和第二芯片102固定于预设的位置处。所述第一芯片101和第二芯片102之间的间距要满足后续填充塑封胶的要求，如果间距过小，会导致塑封胶无法有效填充，在两个芯片之间产生空洞，影响塑封效果。在满足上述条件以及线路设计要求的基础上，所述第一芯片101和第二芯片102之间的间距可以尽量小，以减小最终形成的封装结构的尺寸。
上述粘胶层104可以为UV胶带、热固胶带等，通过UV照射或加热等会粘性下降，易于在后续流程中去除。
本申请的封装方法为晶圆级封装方法，所述载板103为晶圆级尺寸。图1中，仅以单个封装结构的局部结构作为示例。在实际的晶圆级封装过程中，会在载板103上固定多组的第一芯片101、第二芯片102，通过后续流程形成多个封装结构，然后进行分割。当然，该方法也适用于单个封装结构的封装。
在固定所述第一芯片101和第二芯片102之前，可以先对所述第一芯片101和第二芯片102进行测试，挑选没有问题的第一芯片101和第二芯片102，固定于所述载板103上，可以提高成品率，降低成本。
在其他实施例中，单个封装结构内可以包括两个以上的芯片，即在所述第一芯片和第二芯片以外，还可以提供具有其他功能的芯片，固定于所述载板103上，在此不做限定。
该实施例中，所述第一芯片101为非可见光传感芯片，通常为非硅基芯片。而CMOS电路通常形成于硅基芯片上，因此，在所述第一芯片101上无法集成第一光谱信号处理电路。所述第二芯片102可以为硅基芯片，内部形成信号处理电路，用于对第一芯片101产生的第一光传感信号进行处理。在一个实施例中，所述第一芯片101包括光传感材料层，所述光传感材料层的材料包括InGaAs、量子点材料、石墨烯材料以及无定形硅等低能带材料中的至少一种，对于短红外波段等特殊光谱具有较高的传感灵敏度。
该实施例中，所述第二芯片102内还形成有第二光传感阵列(图中未示出)，用于产生第二光传感信号。所述第二光传感阵列与所述第一光传感阵列具有不同的传感波段。在一个实施例中，所述第一光传感阵列用于感应非可见光，例如780nm～1700nm的波段；所述第二光传感阵列用于感应可见光，例如在400nm～940nm的波段。
相应的所述第二芯片102内的信号处理电路还包括：第二光谱信号处理电路，用于读取和处理所述第二芯片102产生的第二光传感信号。所述第二芯片102的第二光传感阵列和信号处理电路形成于所述第二芯片102的同一侧表面内。该实施例中，所述第二光传感阵列和信号处理电路均形成在第二芯片102的第二表面1022，即芯片的正面内。在其他实施例中，所述第二光传感阵列和信号处理电路也可以形成在第二芯片102的第一表面1021内。
请参考图2，在所述载板103上方贴附保护膜201，所述保护膜201由上述第一芯片101和/或第二芯片102支撑，悬空于所述载板103上方。
该实施例中，所述第一芯片101的高度大于所述第二芯片102的高度，所述保护膜201粘贴于所述第一芯片101的第一表面1011上，用于保护所述第一芯片101的第一表面1011，防止后续填充的塑封胶溢出到第一芯片101表面或者形成印记，影响芯片和后续的透光基板的粘贴压合过程。所述保护膜201的材料可以为PVC膜等易于去除的膜层。
图2仅为局部示意图，在实际的步骤中，所述载板103上形成有多个第一芯片101，将所述保护膜201支撑悬空于所述载板103以及第二芯片102上方。
在另一个实施例中，所述第一芯片101的高度还可能低于第二芯片102的高度，此时，可以在所述第二芯片102的表面贴附所述保护膜201。在另一个实施例中，所述第一芯片101和所述第二芯片102的高度相同，此时所述保护膜201与所述第一芯片101和所述第二芯片102的第一表面1011、1021均贴合。
所述保护膜201与其中至少一个芯片表面贴合，可以限定后续填充塑封胶的高度。特别的，所述保护膜201与所述第一芯片101的第一表面1011贴合，可以避免填充塑封胶的过程中，塑封胶溢出至所述第一芯片101的正面，在第一光传感阵列表面形成印记，影响光传感效果，以及后续和透光基板的压合过程。
在其他实施例中，也可以不形成所述保护膜201，后续填充透明的塑封胶，并完全覆盖所述第一芯片101和第二芯片102。
请参考图3，在所述保护膜201与所述载板103之间填充所述塑封胶，形成塑封层301。
所述塑封胶填充满所述保护膜201与所述载板103之间的空间后，固化形成塑封层301，将所述第一芯片101和第二芯片102塑封在内部，且由于所述保护膜201的限位作用，可以在所述第一芯片101的正面一侧形成平坦表面。具体的，所述塑封层301包括相对的第一表面3011和第二表面3012，所述塑封层301的第一表面3011与所述第一芯片101的第一表面1011齐平。
在其他实施例中，根据所述第一芯片101和第二芯片102的高度不同，所述塑封层301的第一表面3011还可以与所述第二芯片102的第一表面1021齐平，或者覆盖所述第一芯片101和第二芯片102。
由于该实施例中，所述第一芯片101的第一表面1011未被塑封层301覆盖，不会影响到第一芯片101的感光性能。由于所述第二芯片102内形成有第二光传感阵列，为了能够接受到光线，所述塑封层301采用透明塑封胶，使得所述第二芯片102内的第二光传感阵列也能接受到光线。若所述第二芯片102无需进行光传感检测，则所述塑封层301也可以采用不透明材料。在其他实例中，本领域技术人员可以根据实际情况，在不影响芯片的光传感的前提下，合理选择透明或不透明的塑封胶以形成所述塑封层301。
请参考图4，去除所述载板103，暴露出各个芯片的第二表面。
通过UV照射或热处理等方式，使得所述粘胶层104粘性下降，从而将所述载板103从所述塑封层301背面剥离，暴露出所述第一芯片101的第二表面1012和第二芯片102的第二表面1022。
该实施例中，还包括去除所述保护膜201，以避免影响后续在第一芯片101和第二芯片102的第一表面上方压合透光基板。
请参考图5，在所述塑封301的平坦表面上，贴覆透光基板500。
所述透光基板500至少包括第一光谱通道区域5011，所述第一光谱通道区域5011与所述第一芯片101的第一光传感阵列相对。
所述第一光谱通道区域5011具有光谱滤波作用，用于通过与所述第一芯片101的传感波段对应的光线，从而被所述第一芯片101的第一光传感阵列所接收，并产生对应的第一光传感信号。较佳的，所述第一光谱通道区域5011的尺寸可以大于所述第一芯片101的第一光传感阵列1011的尺寸，使得所述第一光传感阵列1011在透光基板上的投影位于所述第一光谱通道区域5011内，即所述第一光传感阵列1011位于所述第一光谱通道区域5011的投影面内，避免所述第一光传感阵列1011接收到特定波段以外的光线，影响光传感结果。入射光线经过第一光谱通道区域5011的过滤后，从第一芯片101的第一表面1011入射至第一芯片101内，并到达第二表面1012，被第一光传感阵列接收。为了避免光线经过第一芯片101时，有过多损耗，需要对芯片的厚度进行控制，通常可以控制在100微米左右。
在其他实施例中，所述第一光传感阵列位于第一芯片101的第一表面1011内，可以直接接收入射光线。
该实施例中，所述第二芯片102内形成有第二光传感阵列1021，对应的，所述透光基板500还包括第二光谱通道区域5012，与所述第二芯片102的第二光传感阵列相对。同样的，所述第二光谱通道区域5012用于通过与所述第二芯片102的传感波段对应的光线，从而被所述第二芯片102的第二光传感阵列所接收，并产生对应的第二光传感信号。较佳的，所述第二光谱通道区域5012的尺寸可以大于所述第二芯片102的第二光传感阵列的尺寸，使得所述第一光传感阵列1021位于所述第二光谱通道区域5012的投影面内。
在一些实施例中，所述第一光谱通道区域5011和第二光谱通道5012内可以仅包括一个光谱通道，用于通过单一波段的光谱。在其他实施例中，所述第一光谱通道区域5011和第二光谱通道5012内还可以分别包括多个光谱通道，分别用于通过不同光谱波段的光线，每个光谱通道可以过滤出一种所需要的频段的光谱。
可以通过在所述透光基板500形成有光谱通道一侧的表面涂覆胶层502后，压合于所述塑封层301表面。所述胶层502具有较高的透光率，满足光学传感的特定的折射率、粘度等要求。本领域技术人员可以根据需要合理选择合适的材料。
请参考图6，为本发明一实施例的第一光谱通道区域5011的示意图。
该实施例中，所述第一光谱通道区域5011包括四个光谱通道，分别为通道1至通道4，所述4个光谱通道分别用于透过不同波段的光谱。每个光谱通道分别对应于第一光传感阵列内的部分区域的像素单元。通过不同区域的像素单元，检测入射光线中不同频段的光谱分布情况。
同样的，所述第二光谱通道区域5012也可以仅包括一个或多个光谱通道，例如2个、3个、6个、8个等，本领域的技术人员可以根据实际需要进行设置。
所述第一光谱通道区域5011和所述第二光谱通道区域5012均包括光谱通道膜层，所述光谱通道膜层包括单层或多层的滤光薄膜，通过在不同通道位置处设置不同的膜层材料或结构，以形成针对不同波段的光通道。各光谱通道的膜层可以包括有机膜层、无机膜层、半导体材料层中的至少一种，还可以包括增透膜层、抗反射层、疏水层、疏油层等功能层中的至少一种，本领域技术人员可以根据具体需要进行合理设置。所述通过膜层方式形成光谱通道，成本较低，且工艺简单。
发明的一个实施例还提供一种透光基板的形成方法。所述透光基板的形成方法包括：提供基板主体501，具有相对的第一表面和第二表面；在所述基板主体501的第一表面上形成分别于所述第一光传感阵列和第二光传感阵列位置对应的第一光谱通道膜层(即第一光谱通道区域5011)和第二光谱通道膜层(即第二光谱通道区域5012)；所述第一光谱通道膜层包括至少一个光谱通道，用于通过与所述第一芯片的传感波段对应的光线；所述第二光谱通道膜层包括至少一个光谱通道，用于通过与所述第二芯片的传感波段对应的光线。所述基板主体501可以为玻璃、有机玻璃等透明材质基板。
所述第一光谱通道区域5011和第二光谱通道区域5012形成于所述基板主体501朝向所述第一芯片101、第二芯片102的一侧表面，使得特定光谱到达芯片经过的光程最短，减少能量的损耗；同时，所述第一光谱通道区域5011和第二光谱通道区域5012上方具有基板主体501保护，不与外界接触，能够避免受到损伤，保持良好的光谱过滤效果。
该实施例中，还包括在所述基板主体501的第二表面形成透镜阵列5013，所述透镜阵列5013中的单个透镜对应于一个或多个光谱通道。可以通过对所述基板主体501的第二表面进行刻蚀，形成所述透镜阵列5013。或者，在所述基板主体501的第二表面上沉积透明材料层，并对所述透明材料层进行刻蚀形成所述透镜阵列5013。在其他实施例中，还可以利用纳米压印或者热回流的方法，在所述基板主体501的第二表面形成所述透镜阵列5013。合理设置透镜阵列5013的焦距以及透镜阵列5013与第一、第二光学传感阵列之间的距离，可以使得所述第一、第二光学传感阵列位于所述透镜阵列5013的焦平面内，以进行成像。在其他实施例中，也可以根据具体情况，无需再所述基板主体501的第二表面上形成透镜阵列，或者还可以在基板主体501的第二表面上形成其他光学结构。
请参考图7，在芯片的第二表面侧形成互连层600，所述互连层600内形成有电连接结构，以电连接所述第一芯片101和第二芯片102。
所述电连接结构可以包括用于垂直互连的电连接柱6011、用于横向互连的电连接线6012和焊垫6014，以及焊接凸点6013。所述焊接凸点6013通过所述焊垫6014、电连接线6012连接至所述第一芯片101和第二芯片102。所述焊接凸点6013可以为焊球或金属凸柱等。
所述互连层600的形成方法包括：在所述塑封层301以及第一芯片101、第二芯片102的第二表面侧形成钝化层602；刻蚀所述钝化层，暴露出所述第一芯片101、第二芯片102的第二表面的芯片焊垫；然后利用后端工艺，通过沉积以及刻蚀等工艺，形成电连接柱6011以及电连接线6012、焊垫6014进行线路重布，使得第一芯片101与所述第二芯片102之间形成电连接。然后，在钝化层表面形成掩膜胶层601，所述掩膜胶层601具有暴露焊垫6014的开口；再在所述开口位置处形成电连接所述焊垫6014的焊接凸点6013，以完成BGA封装。在其他实施例中，还可以采用其他类型的封装方式，形成所述互连层600。
由于所述第一芯片101和第二芯片102的光传感阵列均形成在芯片的第二表面内，在芯片的第二表面侧形成互连层600，易于形成互连结构于芯片内的焊垫之间的电连接。在其他实施例中，所述第一芯片101和第二芯片102的光传感阵列、电路和焊垫还可以形成于第一表面内，需要在所述第一芯片101和第二芯片102内形成垂直互连，将第一表面内的焊垫电性引出至第二表面。
所述互连层600完成后，可以对上述晶圆级的封装结构进行分割，以形成单颗模组的封装结构。
请参考图8，为本发明一实施例中，所述封装结构的功能模块结构示意图。
所述第一芯片101内形成有第一光传感阵列1011，所述第二芯片102内形成有第二光传感阵列1021，以及第一光谱信号处理电路1022、第二光谱信号处理电路1023。
图8中的结构示意，仅为功能模块的示意，并不代表各个功能单元在芯片中的实际位置分布。
所述第一芯片101内的第一光传感阵列1011通过所述互连层600连接至所述第二芯片102内的第一光谱信号处理电路1022，所述第二芯片内的所述第二光传感阵列1021通过芯片内的电连接线路或者所述互连层600连接至所述第二光谱信号处理电路1023。
所述第二芯片102集成了第一光传感信号、第二光传感信号的读取以及控制功能。第二芯片102还可以用于感知光谱信号，在第一芯片101对应的光谱波段基础上，可以进一步拓宽光谱范围。例如第一芯片101用于感知特殊光谱(例如短红外波段)，而第二芯片102在提供信号处理的基础上，还可以感知可见光光谱，使得该模组封装结构能够同时实现特殊光谱以及可见光光谱的感知，无需再增加额外的光谱传感模组，从而可以减小模组封装面积，降低成本。
本发明的实施例还提供一种采用上述封装方法形成的多光谱光学传感器封装结构。
请参考图7，为所述多光谱光学传感器封装结构的结构示意图。
该实施例中，所述封装结构包括：塑封层301，具有相对的第一表面3011和第二表面3012；第一芯片101和第二芯片102，嵌设于所述塑封层301内，所述第一芯片101内形成有第一光传感阵列，所述第二芯片102内形成有信号处理电路；所述塑封层301的第一表面3011贴覆有透光基板500，所述透光基板500至少包括第一光谱通道区域5011，所述第一光谱通道区域5011与所述第一芯片的第一光传感阵列相对；所述塑封层301的第二表面3012上形成有互连层600，所述互连层600内具有电连接结构，用于电连接所述第一芯片101和第二芯片102。
所述第一芯片101和所述第二芯片102分别具有相对的第一表面和第二表面，该实施例中，所述第一芯片101的第一表面1011、第二芯片102的第一表面1021为芯片背面，另一侧的第二表面为芯片正面。第一光传感阵列形成于所述第一芯片101的第二表面1012内。
请结合参考图8，所述第二芯片102内的信号处理电路包括：第一光谱信号处理电路1022，通过所述互连层600电连接至所述第一芯片101，具体的，连接至所述第一芯片101内的第一光传感阵列1011，用于读取和处理所述第一芯片101产生的第一光传感信号。
该实施例中，所述第二芯片102内还形成有第二光传感阵列1021；相应的，所述第二芯片102内的信号处理电路还包括：第二光谱信号处理电路1023，连接至所述第二光传感阵列1021，用于读取和处理所述第二光传感阵列1021产生的第二传感信号。该实施例中，所述第二光传感阵列形成于所述第二芯片102的第二表面1022内。在其他实施例中，所述第二光传感阵列形成于所述第二芯片102的第一表面1021内。所述第一光传感阵列1011和所述第二光传感阵列1021分别用于感应不同波段的光。例如，所述第一光传感阵列1011用于感应非可见光，所述第二光传感阵列1021用于感应可见光。由于两个芯片感应的光谱波段不同，采用的光传感材料也不同。在一些实施例中，所述第一光传感阵列1011的光传感材料包括InGaAs、量子点材料、石墨烯材料以及无定形硅中的至少一种；所述第二光传感阵列1021的光传感材料包括单晶硅。
与所述第二光传感阵列对应的，所述透光基板500还包括第二光谱通道区域5012，与所述第二芯片102的第二光传感阵列1021相对。
该实施例中，所述透光基板500包括基板主体501，具有相对的第一表面和第二表面；所述第一光谱通道区域5011包括形成于所述基板主体501的第一表面上的第一光谱通道膜层，所述第一光谱通道膜层包括至少一个光谱通道，用于通过与所述第一芯片的传感波段对应的光线；所述第二光谱通道区域5012包括形成于所述基板主体的第一表面上的第二光谱通道膜层，所述第二光谱通道膜层包括至少一个光谱通道，用于通过与所述第二芯片的传感波段对应的光线。
所述透光基板500还包括透镜阵列5013，形成于所述基板主体501的第二表面上；所述透镜阵列5013中的单个透镜对应于一个或多个光谱通道。
该实施例中，所述第一芯片101和第二芯片102的第二表面1012、1022与所述塑封层301的第二表面3012齐平。所述第一芯片101高于所述第二芯片102，所述塑封层301的第一表面3011与所述第一芯片101的第一表面1011齐平，覆盖所述第二芯片102的第一表面1021。
在其他实施例中，所述塑封层301还可以覆盖所述第一芯片和第二芯片的第一表面，或者与第一芯片、第二芯片中较高的芯片的第一表面齐平。当所述塑封层301覆盖所述第一芯片和/或第二芯片时，所述塑封层301为透明材料。
在所述塑封层301的第二表面3012侧表面还形成有互连层600，所述互连层600包括钝化层602、形成于钝化层602表面的掩膜胶层601，以及形成于所述钝化层602和掩膜胶层601内的电连接结构，以电连接所述第一芯片101和第二芯片102。所述电连接结构可以包括用于垂直互连的电连接柱6011、用于横向互连的电连接线6012和焊垫6014，以及焊接凸点6013。所述焊接凸点6013通过所述焊垫6014、电连接线6012连接至所述第一芯片101和第二芯片102。所述焊接凸点6013可以为焊球或金属凸柱等。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于结构实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (17)
1.一种多光谱光学传感器的封装结构，其特征在于，包括：
塑封层，具有相对的第一表面和第二表面；
第一芯片和第二芯片，嵌设于所述塑封层内，所述第一芯片内形成有第一光传感阵列，所述第二芯片内形成有信号处理电路；
所述塑封层第一表面贴覆有透光基板，所述透光基板至少包括第一光谱通道区域，所述第一芯片的第一光传感阵列在所述透光基板的投影位于所述第一光谱通道区域内，所述第一光谱通道区域内包括多个光谱通道；
所述塑封层的第二表面形成有互连层，所述互连层内具有电连接结构，用于电连接所述第一芯片和第二芯片；
所述第二芯片还形成有第二光传感阵列；所述第二芯片内的信号处理电路包括：第一光谱信号处理电路和第二光谱信号处理电路，所述第一光谱信号处理电路通过所述互连层电连接至所述第一芯片，用于读取和处理所述第一芯片产生的第一光传感信号；所述第二光谱信号处理电路通过所述互连层电连接至所述第二光传感阵列，用于读取和处理所述第二光传感阵列产生的第二传感信号；所述第一光传感阵列和所述第二光传感阵列分别用于感应不同波段的光。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，第一芯片和第二芯片包括相对的第一表面和第二表面，所述第一芯片和第二芯片的第一表面朝向所述塑封层的第一表面；所述第一光传感阵列位于所述第一芯片的第一表面或第二表面；所述第二光传感阵列位于所述第二芯片的第一表面或第二表面。
3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一光传感阵列用于感应非可见光，所述第二光传感阵列用于感应可见光。
4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一光传感阵列的光传感材料包括InGaAs、量子点材料、石墨烯材料以及无定形硅中的至少一种；所述第二光传感阵列的光传感材料包括单晶硅。
5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述透光基板还包括第二光谱通道区域，所述第二芯片的第二光传感阵列在所述透光基板的投影位于所述第二光谱通道区域内。
6.根据权利要求5所述的封装结构，其特征在于，所述透光基板包括基板主体，具有相对的第一表面和第二表面；所述第一光谱通道区域包括形成于所述基板主体的第一表面上的第一光谱通道膜层，所述第一光谱通道膜层包括至少两个光谱通道，用于通过与所述第一芯片的传感波段对应的光线；所述第二光谱通道区域包括形成于所述基板主体的第一表面上的第二光谱通道膜层，所述第二光谱通道膜层包括至少一个光谱通道，用于通过与所述第二芯片的传感波段对应的光线。
7.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于，所述透光基板还包括透镜阵列，形成于所述基板主体的第二表面上；所述透镜阵列中的单个透镜对应于一个或多个光谱通道。
8.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一芯片和第二芯片的第二表面与所述塑封层的第二表面齐平；且，所述塑封层覆盖所述第一芯片和/或第二芯片的第一表面；或者，所述塑封层的第一表面与所述第一芯片、第二芯片中较高的芯片的第一表面齐平。
9.一种多光谱光学传感器封装结构的封装方法，其特征在于，包括：
至少提供第一芯片和第二芯片，分别具有相对的第一表面和第二表面，所述第一芯片的内形成有第一光传感阵列，所述第二芯片内形成有信号处理电路；
将所述第一芯片和第二芯片的第二表面固定于一载板上；
在各个芯片之间填充塑封胶形成塑封层，以固定各个芯片位置，并在芯片的第一表面一侧形成平坦表面；
去除所述载板，暴露出各个芯片的第二表面；
在所述平坦表面上贴覆透光基板，所述透光基板至少包括第一光谱通道区域，所述第一芯片的第一光传感阵列在所述透光基板的投影位于所述第一光谱通道区域内，所述第一光谱通道区域内包括多个光谱通道；
在所述芯片的第二表面侧形成互连层，所述互连层内形成有电连接结构，以电连接所述第一芯片和第二芯片，所述第二芯片内还形成有第二光传感阵列，用于产生第二光传感信号，所述第一光传感阵列和所述第二光传感阵列分别用于感应不同波段的光。
10.根据权利要求9所述的封装方法，其特征在于，还包括：在填充所述塑封胶之前，在所述载板上方贴附保护膜，所述保护膜由上述第一芯片和/或第二芯片支撑，悬空于所述载板上方；在所述保护膜与所述载板之间填充所述塑封胶。
11.根据权利要求9所述的封装方法，其特征在于，所述信号处理电路包括：第一光谱信号处理电路，用于读取和处理所述第一芯片产生的第一光传感信号。
12.根据权利要求9所述的封装方法，其特征在于，所述信号处理电路包括：第二光谱信号处理电路，用于读取和处理所述第二芯片产生的第二光传感信号。
13.根据权利要求12所述的封装方法，其特征在于，所述第一芯片和第二芯片的第一表面朝向所述塑封层的第一表面；所述第一光传感阵列位于所述第一芯片的第一表面或第二表面；所述第二光传感阵列位于所述第二芯片的第一表面或第二表面。
14.根据权利要求12所述的封装方法，其特征在于，所述第一光传感阵列的光传感材料包括InGaAs、量子点材料、石墨烯材料以及无定形硅中的至少一种；所述第二光传感阵列的光传感材料包括单晶硅。
15.根据权利要求12所述的封装方法，其特征在于，所述透光基板还包括第二光谱通道区域，所述第二芯片的第二光传感阵列在所述透光基板的投影位于所述第二光谱通道区域内。
16.根据权利要求15所述的封装方法，其特征在于，所述透光基板的形成方法包括：提供基板主体，具有相对的第一表面和第二表面；在所述基板主体的第一表面上形成分别与所述第一光传感阵列和第二光传感阵列位置对应的第一光谱通道膜层和第二光谱通道膜层；所述第一光谱通道膜层用于通过与所述第一芯片的传感波段对应的光线；所述第二光谱通道膜层包括至少一个光谱通道，用于通过与所述第二芯片的传感波段对应的光线。
17.根据权利要求16所述的封装方法，其特征在于，所述透光基板的形成方法还包括：在所述基板主体的第二表面形成透镜阵列，所述透镜阵列中的单个透镜对应于一个或多个光谱通道。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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