CN113646891A - 包括集成漫射器的光学传感器 - Google Patents

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Abstract

一种包括光学传感器封装的装置，该光学传感器封装包括光学传感器晶粒。该光学传感器封装还包括设置在光学传感器晶粒上方的回流稳定光学漫射器。该光学漫射器被环氧模塑化合物侧向包围。

Description

包括集成漫射器的光学传感器
技术领域
本公开涉及包括集成漫射器的光学传感器。
背景技术
漫射器是光学元件，其可用于使光更均匀地散布在表面上，减少或消除高强度亮点。漫射器可以通过将光散布在更广的面积上来帮助使明亮的或刺眼的光更柔和。在一些情况下，光学漫射器用于将光吸收到光学传感器(例如光谱仪或环境光传感器)内。
包括漫射器的光学传感器模块可以被并入各种类型的消费者产品或其它电子产品中。然而，用于这些产品的制造过程有时候涉及了相对高的温度(例如，260℃)。例如，用于将传感器模块安装在柔性印刷电路基板上的表面安装技术(Surface MountTechnology，SMT)通常需要这样的高温作为回流过程的一部分。在这些过程中使用的高温可能对漫射器的机械稳定性或光学性能造成不利的影响。
发明内容
本公开描述了包括集成回流稳定光学漫射器的光学传感器封装，以及用于制造该光学传感器封装的方法。
例如，在一方面，一种包括光学传感器封装的装置，该光学传感器封装包括光学传感器晶粒(optical sensor die)。该光学传感器封装还包括设置在该光学传感器晶粒上方的回流稳定光学漫射器。该光学漫射器被环氧模塑化合物侧向包围。
一些实施方式包括一个或多个以下特征。例如，在一些情况下，玻璃基板附接至光学传感器晶粒，使得该玻璃基板设置在光学传感器晶粒和光学漫射器之间。在一些情况下，由金属屏蔽(metal mask)限定的光学孔径设置在玻璃基板上。该玻璃基板还可以作为一个或多个光学滤光器的载体。
例如，光学漫射器可以由硬化环氧树脂材料或聚硅氧烷组成。在其他实施方式中，光学漫射器由多孔石英玻璃组成。在一些情况下，光学漫射器具有与该环氧模塑化合物的外部表面齐平的外部表面。
在一些实例中，环氧模塑化合物还侧向包围玻璃基板和光学传感器晶粒。
在另一方面，本公开描述了一种方法，包括将玻璃基板附接至光学传感器晶粒的光敏表面，以及执行膜辅助传递模塑过程以提供侧向包围光学传感器晶粒和玻璃基板的环氧模塑化合物。该环氧模塑化合物还在玻璃基板上方限定腔。该方法包括在该腔中提供液体环氧树脂材料，以及固化液体环氧树脂材料以形成回流稳定光学漫射器。
在一些实例中，提供液体环氧树脂材料包括将该环氧树脂材料分配至腔中。在其他情况下，该液体材料可以是聚硅氧烷。在一些情况下，该方法还包括在玻璃基板上溅镀金属屏蔽以限定光学孔径。
在又一方面，本公开描述了一种方法，包括将玻璃基板附接至光学传感器晶粒的光敏表面，以及将回流稳定光学漫射器放置于玻璃基板上。该方法还包括执行膜辅助传递模塑过程以提供侧向包围光学传感器晶粒、玻璃基板和光学漫射器的环氧模塑化合物。
在一些实施方式中，该光学漫射器由多孔石英玻璃组成。在一些情况下，该光学漫射器通过取-放型装备放置于玻璃基板上。
可在一些实施方式中获取各种优点，其中一些优点在下文进行描述。
从以下详细描述、附图和权利要求中，其他方面、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1示出了包括集成光学漫射器的光学传感器封装的示例的侧视图。
图2是光学传感器封装的透视图。
图3是用于制造光学传感器封装的示例过程的流程图。
图4是用于制造光学传感器封装的另一示例过程的流程图。
图5示出了包括光学传感器封装的装置的示例。
具体实施方式
如图1和图2所示出，光学传感器封装10包括集成光学漫射器12。如图1的图解示例所示出，光学传感器晶粒(例如，半导体芯片)14通过晶粒附接膜或其他粘合剂18安装至基板16。可以提供电连接(例如，传感器晶粒14背面上的接触垫)以及引线接合(wire bond)30，以将传感器晶粒耦合至基板16上的接触垫32(参见图2，其中省略了传感器晶粒14)。基板16的背面可以包括SMT或其他用于将封装10安装到例如印刷电路板的接触件。例如，在一些情况下，封装10是基板栅格阵列(Land Grid Array，LGA)封装。
封装10具有例如由设置在附接至传感器晶粒14的玻璃基板(例如，玻璃载片或立方体)24上的金属屏蔽22限定的光学孔径20。玻璃基板24可以通过晶粒附接膜或其他粘合剂26附接至传感器晶粒14，在孔径20和传感器晶粒之间提供固定距离。玻璃基板24还可以用作一个或多个光学滤光器的载体。漫射器12设置在由环氧模塑化合物(epoxy moldingcompound，EMC)28部分地限定的腔内，该环氧模塑化合物侧向包围基板16、传感器晶粒14和玻璃基板24。
漫射器12优选地由回流稳定材料(即，即使在经受相对高的操作温度(例如，260℃)时，其透射率也保持基本恒定的热稳定材料)组成。例如，在一些实施方式中，漫射器12由聚硅氧烷或环氧树脂组成。如下文所描述，例如，可以通过将液体聚硅氧烷分配至由EMC28限定的腔中然后将聚硅氧烷固化(例如，硬化)来形成这样的漫射器。在其他实施方式中，漫射器12由多孔石英玻璃组成。如下文所描述，例如，可以以先前形成的固体漫射器的形式提供这样的漫射器，该先前形成的固体漫射器由取-放型装备放置于玻璃基板24上方。优选地，漫射器12的外部表面与EMC 28的外部表面齐平。
由于扩散器是由回流稳定材料组成，在许多情况下，即使经过多次回流过程，传感器的光学参数也几乎没有任何漂移。
封装10的大小部分地取决于应用。然而，一般而言，封装10可以被制作得超紧凑。在特定示例中，封装10具有约2.5mm x 1.8mm x 1.5m的外部尺寸。不同尺寸可适合于其他实施方式。
图3示出了用于制造包括集成光学漫射器12的光学传感器封装10的示例过程。如100处所指示，执行基板(例如，硅)晶圆(wafer)的背面研磨，随后应用第一晶粒附接膜(dieattach film，DAF)或其他粘合剂(在102处)。然后，将基板晶圆切割成多个单独的集成电路晶粒(在104处)，并且将一个或多个光接收器应用专用集成电路(ASIC)晶粒附接至基板阵列(在106处)。然后，将第一DAF固化(在108处)。
如110处所指示，处理玻璃晶圆，随后应用第二DAF或其他粘合剂(在112处)。例如，可以通过光刻和金属溅镀技术在玻璃晶圆上限定光学孔径。这样的技术可以导致可以更好地与传感器晶粒对准的精确定位的孔径。然后，将玻璃晶圆切割成多个独立的玻璃基板(在114处)。例如，使用取-放型装备将玻璃基板分别附接至ASIC晶粒的发光表面(在116处)，并且将第二DAF固化(在118处)。可以为每一个传感器晶粒形成引线接合或其他电连接(在120处)。
在后续步骤中，如由122所指示，执行膜辅助转移模塑(film assisted transfermolding，FAM)过程以提供EMC，例如侧向包围其他组件的黑色环氧或其他聚合物材料。在此过程中，EMC在每一个玻璃基板上方限定腔。在后续步骤中，如下文所讨论，在该腔中提供液体漫射器材料。在一些情况下，FAM过程包括应用例如由聚四氟乙烯(poly-tetrafluoroethylene，PTFE)组成的箔，该箔用作非粘合剂层并且也为传递模塑工具提供保护使其免受环氧模塑化合物的影响。该箔还允许该工具接触和密封玻璃24的敏感表面而不会造成损坏。然后，将EMC固化(在124处)。
接下来，如126处所指示，在由EMC限定的腔中提供(例如，通过分配)用于漫射器12的液体聚硅氧烷或其他材料。然后，将液体漫射器材料固化(在128处)。在一些情况下，可以通过将基板阵列分成单独的封装单元来执行进一步的切单(singulation)步骤(在130处)。
图4示出了替代过程，其中使用先前形成的固体光学漫射器(例如，多孔石英玻璃)而不是通过将聚硅氧烷分配至玻璃基板上方的腔中来形成漫射器。如图4中所示出，该过程中的大部分步骤与结合图3所描述的步骤相同或类似。然而，在形成引线接合(在120处)之后，将固体漫射器附接至玻璃基板(在121处)。取-放型装备可以用于此目的。随后，执行FAM步骤以提供EMC(例如，黑色环氧或其他聚合物材料)，EMC侧向包围包括光学漫射器的其他组件(在122处)。因此，在图4的过程中，在执行FAM步骤前将漫射器附接至玻璃基板以形成EMC模塑外壳。
可以在一些实施方式中获取各种优点。例如，通过在传感器模块中集成回流稳定光学漫射器，可以在单元级别而不是系统级别执行模块的校准。因此，可以在例如将传感器模块组装到主机设备(例如，智能电话或其他便携式计算设备)中之前执行校准。此外，即使在执行回流过程之后(例如，在组装至主机设备期间)，使用回流稳定漫射器也可以导致传感器参数的可忽略漂移。
上文描述的过程还允许为每一个模块单独地而非以阵列级别地将玻璃基板附接至传感器晶粒。该特征可以促进光学孔径与传感器晶粒的对准。此外，该技术允许使用不透明的环氧模塑化合物对堆叠(stack)进行二次模塑(overmold)，同时在FAM过程期间保持孔径没有模塑化合物。
本技术可以与用于各种应用的一系列光学传感器一起使用。示例包括环境光传感器、红外光谱仪和接近度传感器。
图5示出了在相机模块的背景中的特定示例，该相机模块包括相机传感器200和透镜201，以给予相机传感器视场(field-of-view，FOV)202。该相机模块还包括具有宽FOV206的辅助环境光传感器204。可以使用包括如上文所讨论的集成光学漫射器的光学传感器封装来实施环境光传感器204。例如，环境光传感器204的相对宽FOV 206可以用于检测来自源208的光，并且基于检测信号对源的类型(例如，荧光灯，白炽灯)进行分类。例如，这样的信息可以用于提供色度坐标和色温以用于改善白色平衡。例如，可以将相机模块集成至智能电话、电子笔记本、平板电脑或其他便携式计算设备中。
本公开中提及的智能电话和其他计算设备的设计可以包括一个或多个处理器、一个或多个存储器(例如，RAM)、储存器(例如，磁盘或闪存)、用户接口(其可以包括例如，键盘、TFT LCD或OLED显示屏、触摸或其他手势传感器、相机或其他光学传感器、罗盘传感器、3D磁力计、3轴加速度计、3轴陀螺仪和一个或多个麦克风等，连同用于提供图形用户接口的软件指令)、这些元件之间的互连(例如，总线)、以及用于与其他设备(其可以是无线的(例如GSM、3G、4G、CDMA、WiFi、WiMax、Zigbee或蓝牙)和/或有线的(例如通过以太网局域网、T-1因特网连接等))进行通信的接口。
已经描述了许多实施方式。然而，在不脱离本发明的精神的情况下可以进行各种修改。例如，结合不同实施例描述的特征可以组合成单个实施方式。因此，其他实施方式在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
包括光学传感器晶粒的光学传感器封装，所述光学传感器封装还包括设置在所述光学传感器晶粒上方的回流稳定光学漫射器，所述光学漫射器被环氧模塑化合物侧向包围。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括：
附接至所述光学传感器晶粒的玻璃基板，所述玻璃基板设置在所述光学传感器晶粒和所述光学漫射器之间。
3.根据权利要求2所述的装置，还包括由设置在所述玻璃基板上的金属屏蔽限定的光学孔径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述光学漫射器由硬化环氧树脂材料组成。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述光学漫射器由聚硅氧烷组成。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述光学漫射器由多孔石英玻璃组成。
7.根据任一前述权利要求所述的装置，其中，所述光学漫射器具有与所述环氧模塑化合物的外部表面齐平的外部表面。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的装置，其中，所述环氧模塑化合物还侧向包围所述玻璃基板和所述光学传感器晶粒。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的装置，其中，所述环氧模塑化合物在所述玻璃基板的顶部上限定腔。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的装置，其中，所述玻璃基板是用于一个或多个光学滤光器的载体。
11.一种方法，包括：
将玻璃基板附接至光学传感器晶粒的光敏表面；
执行膜辅助传递模塑过程以提供侧向包围所述光学传感器晶粒和所述玻璃基板的环氧模塑化合物，其中所述环氧模塑化合物在玻璃基板上方限定腔；
在所述腔中提供液体漫射器材料；以及
固化所述液体漫射器材料以形成回流稳定光学漫射器。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，提供液体漫射器材料包括将环氧树脂材料分配至所述腔中。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，提供液体漫射器材料包括将聚硅氧烷材料分配至所述腔中。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，还包括在所述玻璃基板上溅镀金属屏蔽以限定光学孔径。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，所述玻璃基板用作一个或多个光学滤光器的载体。
16.一种方法，包括：
将玻璃基板附接至光学传感器晶粒的光敏表面；
将回流稳定光学漫射器放置于所述玻璃基板上；以及
执行膜辅助传递模塑过程以提供侧向包围所述光学传感器晶粒、所述玻璃基板和所述光学漫射器的环氧模塑化合物。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述光学漫射器由多孔石英玻璃组成。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述光学漫射器通过取-放型装备放置于所述玻璃基板上。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，还包括在所述玻璃基板上溅镀金属屏蔽以限定光学孔径。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，其中，所述玻璃基板用作一个或多个光学滤光器的载体。
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