CN116779690A - 传感器的封装结构及封装方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种传感器的封装结构及封装方法。其中，封装结构包括：基材层，所述基材层由透明材料制成；传感器结构层，成型于所述基材层背面；焊盘层，包括覆盖于所述传感器结构层上焊点处的焊料；绝缘层，覆盖于所述基材层表面和所述传感器结构层表面，且所述绝缘层上设置有用于容纳所述焊盘层的开口。本申请提供的封装结构，采用倒装工艺，相较于常规的正封装工艺，其在封装的过程中既无需对各元器件进行引线焊接连接，也无需采用胶粘，集成度高且工艺简单；同时，基材由透明材料制成，如此，基材层在起到保护作用的同时也具备良好透光性能，从而无需另外设置透镜等元器件，从而在不影响光学元器件功能的同时提供可靠的光学信号数据。
Description
技术领域
本申请属于芯片封装技术领域，更具体地说，是涉及一种传感器的封装结构及封装方法。
背景技术
光电子器件的正封装技术一般有TO封装和蝶形封装两种。
对于蝶形封装而言，引脚分布设置于壳体长度方向的两侧，光学元件、透镜等元器件均设置于壳体内部，且光学元件一样通过引线与引脚相导通。此种封装结构，壳体面积较大，元器件在壳体中易于进行位置布局，同时散热效果好，此外，光学元件与引脚之间的电连接设置也相对方便。
而对于TO封装而言，其包括管体、设置于管体内的光学元件(例如激光器芯片、背光探测器等)、设置于管体上的透镜和光纤，其中，管体、光学元件、透镜和光纤的光路均位于同一轴线上，激光器芯片和背光探测器在管体内通过引线与外部电路实现导通。相较于前述的蝶形封装结构，其耦合效率更高。
前述两种传感器的封装结构虽然较为成熟，但对于TO封装而言，其体积较大，集成度，封装过程中使用较多的粘接及焊接工艺，从而使得光电子器件在信号采集过程中产生干扰及损失；而对于蝶形封装而言，其结构复杂导致工艺流程繁琐，此外，封装过程中同样存在较多胶点导致光电子器件耐温性较差。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种传感器的封装结构及封装方法，以解决现有技术中存在的工艺繁琐、集成度低导致的信号干扰及损失的技术问题。
为实现上述目的，本申请第一方面实施例采用的技术方案是，提供一种传感器的封装结构，其包括：
基材层，所述基材层由透明材料制成；
传感器结构层，成型于所述基材层背面；
焊盘层，包括覆盖于所述传感器结构层上焊点处的焊料；
绝缘层，覆盖于所述基材层表面和所述传感器结构层表面，且所述绝缘层上设置有用于容纳所述焊盘层的开口。
可选地，所述透明材料包括玻璃。
可选地，所述焊料由锡膏制成。
可选地，所述绝缘层由阻焊剂制成。
可选地，所述阻焊剂由感光材料制成。
在本申请的第二方面实施例中，对应提出用于制备前述第一方面实施例中封装结构的封装方法，封装方法包括：
在由透明材料制成的基材层上的背面划分若干封装区；
在每一所述封装区上成型出电路结构从而形成第一半成品，所述电路结构即为传感器结构层；
在所述第一半成品的背面覆盖绝缘层，从而形成第二半成品；
将每一所述封装区上所述绝缘层上所述传感器结构层的焊点的正投影区域去除以使所述焊点裸露，从而形成第三半成品；
将焊料焊接于所述焊点处，从而形成第四半成品；
沿所述第四半成品上各所述封装区的轮廓切割，从而形成完整的封装结构。
可选的，所述在由透明材料制成的基材层上的背面划分若干封装区，还包括以下步骤：在所述基材层的背面雕刻凹槽，各所述凹槽将所述基材层划分为若干所述封装区。
可选的，所述将每一所述封装区上所述绝缘层上所述传感器结构层的焊点的正投影区域去除以使所述焊点裸露，包括以下步骤：对所述第二半成品上的所述正投影区域进行曝光；对曝光后的所述第二半成品进行显影，从而使所述焊点裸露。
可选的，所述将焊料焊接于所述焊点处，包括以下步骤：将焊料放置于所述焊点处，并对放置有所述焊料的所述第三半成品进行回流焊，使得所述焊料熔接于各所述焊点处。
本申请实施例提供的传感器的封装结构及封装方法，至少具有以下有益效果：
由于传感器结构层、绝缘层和焊盘层均成型于透明的基材层的背面，也即，封装结构采用倒装工艺，如此：一方面，相较于常规的正封装工艺，其在封装的过程中既无需对各元器件进行引线焊接连接，也无需采用胶粘，集成度高且工艺简单；另一方面，基材由透明材料制成，如此，基材层在起到保护作用的同时也具备良好透光性能，从而无需另外设置透镜等元器件，从而在不影响光学元器件功能的同时提供可靠的光学信号数据。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本申请一些实施例中传感器的封装结构的剖面图；
图2为本申请一些实施例中封装结构各封装步骤的示意图；
图3为本申请一些实施例中封装结构各封装步骤的流程图；
图4为本申请一些实施例中封装结构部分封装步骤的流程图；
图5为本申请一些实施例中封装结构部分封装步骤的流程图；
图6为本申请一些实施例中封装结构部分封装步骤的流程图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。
当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
需要说明的是，本申请任何实施例所述的传感器，指的是光电传感器。
请参阅图1，现对本申请第一方面实施例提供的传感器的封装结构进行说明。
参考图1，本申请所述的传感器的封装结构，包括基材层100、传感器结构层200、焊盘层和绝缘层300。
具体而言，基材层100由透明材料制成。可以理解的是，前述的透明材料为刚性材料，并且具备一定的耐温性能，从而使在后续焊料400焊接于传感器结构层200上的焊点处时，透明材料不会出现变形等情况。举例地说，透明材料可以是透明玻璃、透明石英或透明陶瓷等刚度高的材料，但具体并不以此为限。
通过将基材层100设置为透明材料，使得基材层100具备较好的透光性，一方面，当传感器为光电传感器时，基材层100良好的透光性能可为传感器结构层200提供可靠的光学信号数据；另一方面，相较于常规正封装技术中在底座上或底座中封装透镜的工艺流程，如此，能够有效增大封装结构的集成度并减小封装结构的体积。
传感器结构层200成型于基材层100的背面。例如，在基材层100上成型传感器结构层200时，先在基材层100的背面依次成型栅电极、绝缘层300、沟道层，前述的栅电极、绝缘层300、沟道层也即传感器结构层200。需要理解的是，传感器结构层200在基材层100上所占的面积小于基材层100背面的表面积，亦即，传感器结构层200的边缘与基材层100的边缘间隔有间距，如此，在后续覆盖绝缘层300以完成对传感器结构层200的封装后，绝缘层300能够有效隔绝封装结构外部的水分及灰尘等，以实现对传感器结构层200较好的保护。
通过将传感器结构层200直接成型于基材层100的背面，相比于常规的将各光学元器件依次封装于底座上的正封装工艺，如此，传感器结构层200在封装过程中不存在引线焊接及元器件胶装等复杂工艺，集成度高且封装简单，传感器结构层200在封装过程中的封装效率较高。
绝缘层300由绝缘材料制成，其覆盖于基材层100背面和传感器结构层200的表面，通过在基材层100背面和传感器结构层200的表面覆盖绝缘层300，能够对基材层100背面的传感器结构层200起到较好的绝缘保护及封闭作用，以将封装结构外部的水分及灰尘隔绝，以避免水分及灰尘等渗透至传感器结构层200中。
进一步的，在绝缘层300上传感器结构层200中焊点所对应的投影区域上形成有开口，开口用于容纳焊盘层。具体的，焊盘层包括放置于开口中且位于焊点的正上方的焊料400，焊料400放置完毕后，通过回流焊工艺使得焊料400与传感器结构层200中的焊点相熔接，从而形成完整的封装结构。
综上，本申请实施例中的传感器的封装结构，由于传感器结构层200、绝缘层300和焊盘层均成型于透明的基材层100的背面，也即，封装结构采用倒装工艺，如此，相较于常规的正封装工艺，至少具备以下优点：
一方面，其在封装的过程中既无需对各元器件进行引线焊接连接，也无需采用胶粘等连接工艺，封装结构中各结构层的集成度高且封装工艺简单；同时，由于封装结构内部引线焊点的减少，能够减小封装结构在工作过程中信号的干扰与损失；
另一方面，基材由透明材料制成，如此，基材层100在起到保护作用的同时也具备良好透光性能，从而无需另外设置透镜等元器件，以在不影响光学元器件功能的同时，为传感器结构层200提供可靠的光学信号数据；
再一方面，由前述可知，封装过程中无需对各元器件进行引线焊接连接或胶粘连接，因此，封装结构中的封装空间可设计得更加紧凑，使得基材层100与传感器结构层200在基材层100的轴向方向上的正投影面积能够尽可能接近1：1，从而使得封装结构的体积更加紧凑。
在一些实施例中，前述的焊料400的材料可由金、银或者锡等金属材料制成，具体并不以此为限。作为优选的，本实施例中焊料400为锡膏。
在一些实施例中，绝缘层300的绝缘材料可以是阻焊剂。如此，通过在焊料400覆盖的区域以外覆盖阻焊剂，使得焊料400能够准确施加于指定区域(也即传感器结构层200的焊点处)，从而能够防止焊料400落入传感器结构层200的其余区域，以减少导致传感器结构层200出现短路的可能性。
在进一步的实施例中，阻焊剂由感光材料制成。如此，能够使得绝缘层300及其上开口的成型更加方便。具体的，在对绝缘层300成型时，先将感光材料涂敷于基材层100的背面以完全覆盖基材层100背面和传感器结构层200，待感光材料烘干后再通过曝光显影等光刻工艺将传感器结构层200上的焊点所对应的投影区域溶解去除，以形成前述的开口部分，从而为焊料400的放置提供空间。
参考图2至图6，在本申请第二方面实施例中，对应提出用于制备前述第一方面实施例传感器的封装结构的封装方法。
参考图2和图3，封装方法至少包括以下步骤S100～S600，其中：
S100、在由透明材料制成的基材层100上的背面划分若干封装区100a。
可以理解的是，本步骤中，透明材料优选为透明玻璃。
可以理解的是，封装区100a划分有多个，在封装工艺完成后，沿各封装区100a的轮廓切割，每一封装区100a所切割的部分也即代表着每一单独的传感器的封装结构。通过事先在基材层100的背面划分封装区100a，能够方便基材层100上传感器结构层200、焊盘层和绝缘层300的放置或封装。具体地，各封装区100a轮廓的划分可以通过在基材层100的背面上切割或刻蚀的凹槽110形成。
S200、在每一封装区100a上成型出电路结构从而形成第一半成品，电路结构即为传感器结构层200。
可以理解的是，电路结构在高度方向上依次包括栅电极、绝缘层300、沟道层等功能层。各功能层的制备方法不局限于卷对卷打印和磁控溅射等工艺，还可以采用喷墨打印、旋涂、喷涂、电子束蒸发、原子层沉积和金属有机物化学气相沉积等本领域公知的任意的薄膜制备技术，在此不作赘述。
S300、在第一半成品的背面覆盖绝缘层300，从而形成第二半成品。
示例性地，绝缘层300成型于第一半成品的背面，可以采用压缩成型工艺、转移成型工艺、液体密封成型工艺、模塑底部填充工艺、毛细底部填充工艺、真空层压工艺或旋涂工艺在第一半成品的背面成型出绝缘层300。同时，绝缘层300的材料包括但不限于聚酰亚胺层、硅胶层、环氧树脂层、可固化的聚合物基材料层或可固化的树脂基材料层等。
需要理解的是，在覆盖绝缘层300时，需使得绝缘层300的厚度能够完全覆盖传感器结构层200，且略微高出传感器结构层200，在后续的焊料400焊接于传感器结构层200上的各焊点处后，绝缘层300的表面能够与焊盘层的表面相齐平，以实现对传感器保护层较好的包覆保护效果。
S400、将每一封装区100a上绝缘层300上传感器结构层200的焊点的正投影区域去除以使焊点裸露，从而形成第三半成品。
由前述S300步骤可知，绝缘层300在覆盖于基材层100的背面后，绝缘层300也将传感器结构层200一齐包覆，为使得传感器结构层200上的各焊点能够裸露以用于与焊料400熔接，需将传感器结构层200的焊点在绝缘层300上的正投影区域去除。去除可采用切割、研磨或者溶解等工艺，具体可根据绝缘层300的材料选择，在此不作限定。
通过先将绝缘层300完全包覆于基材层100背面及传感器结构层200上后、再将传感器结构层200的焊点在绝缘层300上的正投影区域去除，能够简化绝缘层300的成型工艺，在成型过程中对加工设备的要求较低，以提高加工速率。
S500、将焊料400焊接于焊点处，从而形成第四半成品。
在此步骤中，焊料400可选用金、银、锡等金属材料，在一些优选实施例中，焊料400选用锡膏。同时，焊料400可在放置的同时直接焊接于传感器结构层200的焊点处，也可以在放置完成后，再通过回流焊工艺将各焊料400熔接于焊点处。
S600、沿第四半成品上各封装区100a的轮廓切割，从而形成封装结构。
在前述步骤S500中，第四半成品上各封装区100a已成型为完整的封装结构，因此，沿各封装区100a的轮廓切割，即可得到若干个完整的封装结构。可以理解的是，此处的切割，可以采用激光切割，也可以采用机械切割，具体并不以此为限。
可以理解的是，参考图4，在一些实施例中，前述S100步骤中的“在由透明材料制成的基材层100上的背面划分若干封装区100a”，具体还包括以下步骤：
S110、在基材层100的背面雕刻凹槽110，各凹槽110将基材层100划分为若干封装区100a。
可以理解的是，可以通过激光切割、机械切割或者化学蚀刻等工艺在基材层100的背面雕刻凹槽110。通过先在基材层100的背面雕刻凹槽110，能够有效减小基材层100的厚度，在各封装步骤完成后，在沿封装区100a的轮廓切割时，能够有效减小切割力度，以避免由于切割力度过大导致损伤各封装结构。
可以理解的是，在一些实施例中，前述S300步骤中覆盖于第一半成品背面的绝缘层300，由感光材料制成，以使得绝缘层300上用于容纳焊盘层的开口能够通过光刻工艺成型。
为此，参考图5，前述S400步骤中将每一封装区100a上绝缘层300上传感器结构层200的焊点的正投影区域去除以使焊点裸露，具体包括以下步骤：
S410、对第二半成品上的正投影区域进行曝光；
S420、对曝光后的第二半成品进行显影，从而使焊点裸露。
通过选用感光材料作为绝缘层300材料，且通过光刻工艺使焊点裸露，如此，能够有效保证在去除绝缘层300时的加工精度，以尽可能减少传感器结构层200的裸露，从而有效提高封装质量。
可以理解的是，参考图6，在一些实施例中，前述S500步骤中的“将焊料400焊接于焊点处，从而形成第四半成品”，具体为：
S510、将焊料400放置于焊点正上方；
S520、对放置有焊料400的第三半成品进行回流焊，从而使焊料400熔接于焊点处。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种传感器的封装结构，其特征在于，包括：
基材层，所述基材层由透明材料制成；
传感器结构层，成型于所述基材层背面；
焊盘层，包括覆盖于所述传感器结构层上焊点处的焊料；
绝缘层，覆盖于所述基材层表面和所述传感器结构层表面，且所述绝缘层上设置有用于容纳所述焊盘层的开口。
2.如权利要求1所述的传感器的封装结构，其特征在于：所述透明材料包括玻璃。
3.如权利要求1或2所述的传感器的封装结构，其特征在于：所述焊料由锡膏制成。
4.如权利要求1或2所述的传感器的封装结构，其特征在于：所述绝缘层由阻焊剂制成。
5.如权利要求4所述的传感器的封装结构，其特征在于：所述阻焊剂由感光材料制成。
6.一种封装方法，用于制备权利要求1至5任一所述的传感器的封装结构，其特征在于，包括以下步骤：
在由透明材料制成的基材层上的背面划分若干封装区；
在每一所述封装区上成型出电路结构从而形成第一半成品，所述电路结构即为传感器结构层；
在所述第一半成品的背面覆盖绝缘层，从而形成第二半成品；
将每一所述封装区上所述绝缘层上所述传感器结构层的焊点的正投影区域去除以使所述焊点裸露，从而形成第三半成品；
将焊料焊接于所述焊点处，从而形成第四半成品；
沿所述第四半成品上各所述封装区的轮廓切割，从而形成完整的封装结构。
7.如权利要求6所述的封装方法，其特征在于，所述在由透明材料制成的基材层上的背面划分若干封装区，还包括以下步骤：
在所述基材层的背面雕刻凹槽，各所述凹槽将所述基材层划分为若干所述封装区。
8.如权利要求6所述的封装方法，其特征在于，所述将每一所述封装区上所述绝缘层上所述传感器结构层的焊点的正投影区域去除以使所述焊点裸露，包括以下步骤：
对所述第二半成品上的所述正投影区域进行曝光；
对曝光后的所述第二半成品进行显影，从而使所述焊点裸露。
9.如权利要求6所述的封装方法，其特征在于，所述将焊料焊接于所述焊点处，包括以下步骤：
将焊料放置于所述焊点处，并对放置有所述焊料的所述第三半成品进行回流焊，使得所述焊料熔接于各所述焊点处。
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| KR20030041735A (ko) * | 2001-11-21 | 2003-05-27 | 주식회사 씨큐브디지탈 | 반도체 촬상소자 패키지 및 그 제조방법 |
| US20050139848A1 (en) * | 2003-12-31 | 2005-06-30 | Kuo-Chung Yee | Image sensor package and method for manufacturing the same |
| US20110227186A1 (en) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | Shu-Ming Chang | Image sensor package and fabrication method thereof |
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