CN212659551U - 半导体装置和封装装置 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及半导体装置和封装装置。本公开涉及一种半导体装置，包括：第一组件，包括：第一衬底；第一管芯，在第一衬底上；以及透明材料，在第一管芯上；第二组件，包括第二管芯；密封剂，在第一组件和第二组件上，密封剂包括在第一组件和第二组件之间延伸、并且耦合到第一组件和第二组件的部分；第一孔，穿过密封剂、并且与第一组件对准；以及第二孔，穿过密封剂、并且与第二组件对准。

Description

半导体装置和封装装置

技术领域

本公开涉及一种光学传感器封装件，并且更具体地，涉及一种具有包围封装件的树脂的光学传感器封装件。

背景技术

已知光学传感器封装件用于将光线转换成电子信号。典型地，光学传感器封装件是腔型封装件，其具有耦合到衬底的盖帽(cap)以及在盖帽与在衬底上的半导体装置之间的腔或空间。盖帽包括开口，使得在衬底上的发光管芯通过在盖帽中的一个开口发射光线，光线通过在盖帽中的另一开口，由在衬底上的受光管芯接收。在操作中，要由光学传感器检测的物体中断或反射来自发光管芯的光线，这导致与不存在用于检测的物体时的操作条件相比，在受光管芯处接收的光的量或强度不同。当物体存在时，光线的反射导致在受光管芯处接收的光线的量或光线的特性(例如，强度等)的变化。在光线中的变化导致在对应于检测到的光线的电子信号中的变化。由仪器读取作为物体反射的结果的、在电子信号中的变化，以确定物体相对于传感器封装件的距离或接近度，以及其它特征。

然而，已知的光学传感器封装件存在若干缺点。例如，在封装件中盖帽和腔的存在导致封装件具有较大尺寸，这与朝向较小电子装置的一般市场趋势相反。换句话说，在现代电子装置中，空间处于溢价状态，这使得较大的封装件明显不被优选。在一些应用中，由于电子装置的设计形状因数，需要低轮廓光学传感器封装件，因此可能无法使用更大的封装件。此外，盖帽到衬底的附接导致在制造期间的胶合过程，这增加了成本。此外，随着时间的推移，在盖帽与衬底之间的胶合或耦合接口经常经历开裂或其它损坏。盖帽的材料和衬底的材料通常不同，并且具有不同的热膨胀系数。这样，在封装件的重复操作循环期间，响应于在操作期间产生的热，盖帽和衬底将膨胀和收缩不同量，这将应力和应变局限在盖帽和衬底接口处。随着时间的推移，作用在盖帽和衬底接口上的力可以导致在接口处的开裂，甚至导致盖帽与衬底分离，这两种情况中的任何一种都可能导致封装件故障或失能。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种半导体装置和一种封装装置，以至少部分地解决现有技术中存在的上述问题。

根据一方面，提供了一种半导体装置，包括：第一组件，包括：第一衬底；第一管芯，在第一衬底上；以及透明材料，在第一管芯上；第二组件，包括第二管芯；密封剂，在第一组件和第二组件上，密封剂包括在第一组件和第二组件之间延伸、并且耦合到第一组件和第二组件的部分；第一孔，穿过密封剂、并且与第一组件对准；以及第二孔，穿过密封剂、并且与第二组件对准。

在实施例中，第一组件还包括在密封剂与第一管芯上的透明材料之间的、在第一管芯上的透明材料上的红外过滤器。

在实施例中，第二组件还包括：第二衬底，第二管芯在第二衬底上；以及透明材料，在第二管芯上。

在实施例中，第二组件还包括在密封剂与第二管芯上的透明材料之间的、在第二管芯上的透明材料上的红外过滤器。

在实施例中，第一组件的第一衬底包括第一表面和第二表面，第二表面与第一表面相对，密封剂与第一衬底的第二表面共面。

在实施例中，第一组件的第一衬底包括第一表面和第二表面，第二表面与第一表面相对，在第一管芯上的透明材料在衬底的第一表面与在第一组件上的密封剂之间。

在实施例中，密封剂还包括第一侧壁表面，第一侧壁表面至少部分地限定第一孔的边界，第一侧壁表面相对于第一组件的上表面处于0度与90度之间的角度。

在实施例中，密封剂还包括第二侧壁表面，第二侧壁表面至少部分地限定第二孔的边界，第二侧壁表面相对于第二组件的上表面处于0度与90度之间的角度。

根据本公开的另一方面，提供了一种封装装置，包括：第一中间封装件，具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，第一中间封装件包括：第一衬底；第一管芯，在第一衬底上；以及第一透明树脂层，在第一管芯上；第二中间封装件，具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，第二中间封装件包括：第二衬底；第二管芯，在第二衬底上；以及第二透明树脂层，在第二管芯上；以及密封剂，至少部分地封装第一中间封装件和第二中间封装件，密封剂与第一中间封装件的第二表面共面，并且密封剂与第二中间封装件的第二表面共面，其中，第一孔在第一透明树脂层上延伸穿过密封剂，并且第二孔在第二透明树脂层上延伸穿过密封剂。

在实施例中，装置还包括：第一红外过滤器，在第一中间封装件的第一透明树脂上；以及第二红外过滤器，在第二中间封装件的第二透明树脂上，其中，密封剂在第一红外层和第二红外层上，第一中间封装件的第一透明树脂被布置在第一红外层与第一管芯之间，并且第二中间封装件的第二透明树脂被布置在第二红外层与第二管芯之间。

在实施例中，第一中间封装件包括在第一中间封装件的第一表面与第二表面之间延伸的侧壁，密封剂在第一中间封装件的第一表面和侧壁上。

在实施例中，第二中间封装件包括在第二中间封装件的第一表面与表面之间延伸的侧壁，密封剂在第二中间封装件的第一表面和侧壁上。

在实施例中，第一孔小于第二孔。

因此，本公开的实施例提供了一种具有树脂的半导体封装件，该半导体封装件取代了已知封装件的盖帽和腔，其与已知产品相比具有数个优点。首先，取消盖帽和腔允许在长度、宽度和高度或厚度方面减小封装件的尺寸，这增加了在其中可以使用的、本文描述的封装件的应用的数目。第二，消除盖帽移除了盖帽到衬底的胶合接口，该胶合接口可以在重复使用周期期间导致封装失败。

附图说明

为了更好地理解实施例，现在仅以示例的方式参考附图。在附图中，相同的附图标记表示类似的元件或动作。在一些图中，结构是按比例精确绘制的。在其他附图中，附图中元件的尺寸和相对位置不一定按比例绘制。例如，各种元件的尺寸、形状和角度可以被放大并且定位在图中，以提高附图的易读性。

图1是根据本公开的具有用树脂密封的发光组件和受光组件的、光学传感器封装件的实施例的第一表面的平面图。

图2是沿着在图1中的线A-A的、在图1中的光学传感器封装件的截面图。

图3是图1的光学传感器封装件的发光组件的衬底的一部分的放大视图。

图4是沿着在图1中的线B-B的、在图1中的光学传感器封装件截面图。

图5是图1的光学传感器封装件的第二表面的平面图。

图6A至图6I是根据本公开的利用由树脂密封的多个组件来组装光学传感器封装件的方法的实施例的截面图。

图7是根据本公开的图示由树脂密封的单个组件的传感器封装件的备选实施例的截面图。

图8是根据本公开的包括光学传感器封装件的电子装置的实施例的示意性表示。

具体实施方式

图1至图5图示了封装件100的一个或多个实施例的各种视图，封装件100可以是光学传感器封装件。参考图1至图5，封装件100包括第一表面102(本文中可称为上表面或顶表面)和与第一表面102相对的第二表面104(本文中可称为下表面或底表面)。封装件100还包括第一组件106和第二组件108。如本文所述，第一组件106通过密封材料(其可以是树脂材料，并且本文中可称为树脂110)耦合到第二组件108，封装材料包覆模塑在组件106、108上，以至少部分地密封组件106、108，并且形成封装件100。组件106、108在本文中也可称为封装件、子封装件、子组件、系统、子系统、半导体装置、半导体封装件或其它类似术语。树脂110在本文中还可以被称为密封剂、模塑化合物或包覆模塑树脂、以及其他类似术语。

树脂110包括延伸穿过树脂110的第一孔112和延伸穿过树脂110的第二孔114。换句话说，第一孔112从封装件100的第一表面102穿过树脂110延伸到第一组件106，并且第二孔114从封装件110的第一表面穿过树脂110延伸到第二组件108。

树脂110还包括围绕第一孔112延伸的第一边缘120和第二边缘122，以及围绕第二孔114延伸的第三边缘124和第四边缘126。如图1至图2所示，第一边缘120和第三边缘124与封装件100的第一表面102共面。第二边缘122与第一组件106共面，并且第四边缘126与第二组件108共面。

在一个实施例中，第一孔112在树脂110的第二边缘122的最外点之间具有尺寸116，并且第二孔114在树脂110的第四边缘126的最外点之间具有尺寸118，其中，尺寸116小于尺寸118。在图1(封装件100的平面图)所示的实施例中，图示了封装件100的第一表面102，孔114、116的每个孔是圆形的，并且因此尺寸116、118可以是直径。在其它实施例中，孔112、114具有不同的几何形状，例如正方形或矩形，在这种情况下，尺寸116、118可以是长度或宽度。在又一实施例中，尺寸116、118相同、或尺寸116大于尺寸118。这样，每个孔112、114的尺寸和形状可以根据设计偏好来选择。

第一侧壁128(本文中可称为第一侧壁表面128)在第一边缘120与第二边缘122之间延伸，并且第二侧壁130(本文中可称为第二侧壁表面130)在第三边缘124与第四边缘126之间延伸。在一个实施例中，侧壁128、130与水平面成15度或大约15度的角度。换句话说，侧壁128、130横向于封装件100的第一表面102(例如，与第一表面102处于不等于0度并且不等于90度的角度)。

侧壁128、130的角度可以根据设计偏好来选择。例如，在另一实施例中，侧壁128、130与水平面处于3度和45度之间，或3度和30度之间，或3度和20度之间，或5度和15度之间的角度。在又一实施例中，侧壁128、130与水平面处于0度和90度之间的角度。在一个实施例中，侧壁128、130帮助分散来自组件106的光，并且将光聚焦到组件108。孔112(或限定孔112的树脂110)包括：尺寸116，其可以被称为第一尺寸116，以及在第一边缘120的最外点之间的第二尺寸132；并且孔114(或限定孔114的树脂110)包括尺寸118，其可被称为第一尺寸118，以及在第三边缘124的最外点之间的第二尺寸134。在一些实施例中，第一孔112的第二尺寸132大于第一孔112的第一尺寸116，并且第二孔114的第二尺寸134大于第二孔114的第一尺寸118。此外，第二孔114的第二尺寸134可以大于第一孔112的第二尺寸132。

在一个或多个实施例中，侧壁128、130是平坦的并且平面的，并且因此，第一孔112的尺寸从第一尺寸116连续地增加到第二尺寸132，并且类似地，第二孔114的尺寸从第一尺寸118连续地增加到第二尺寸134。换句话说，树脂110相对于组件106、108的高度从组件106、108越过侧壁128、130连续地增加到封装件100的第一表面102。在一个或多个实施例中，从树脂110的第一边缘120到封装件100的外边缘136的距离小于从树脂110的第二边缘122到封装件100的外边缘136的距离。类似地，从树脂110的第三边缘124到封装件100的外边缘136的距离小于从树脂110的第四边缘126到封装件100的外边缘136的距离。在其它实施例中，侧壁128、130可以是弯曲的，可以包括通过蚀刻形成的多个倒角或弯曲表面，或者可以具有台阶下配置。此外，图1图示了在一个实施例中封装件100是矩形的，尽管应当理解，在其它实施例中，封装件100可以选择为正方形、圆形或其它几何形状或不规则形状。

图2是沿着在图1中的线A-A的封装件100的截面图，图2进一步示出树脂110包括在组件106、108之间延伸，并且耦合到组件106、108两者的部分138。组件106、108中的每个组件包括相应的侧壁140、142。在一个实施例中，第一组件106包括四个侧壁140，并且第二组件108也包括四个侧壁142。图5是封装件100的第二表面104的平面图，图5图示了树脂110位于组件106、108的所有侧壁上。返回图2，树脂110的部分138在组件106、108的侧壁140、142之间延伸，并且与组件106、108的侧壁140、142接触，使得树脂110的部分138将组件106、108连接在一起。以另一种方式描述，树脂110是单一的、连续的材料层，其可以单独或组合地包括热固性树脂、热塑性材料、模塑化合物或环氧树脂中的一种或多种，以及一种或多种酚醛硬化剂、二氧化硅、催化剂、颜料和脱模剂。这样，树脂110利用部分138密封组件106、108，其中部分138优选为树脂110的单个、连续、整体的部分，该部分沿着组件106、108的相应长度在组件106、108之间从封装件100的第一表面102延伸到封装件100的第二表面104(见图5)。

第一组件106还包括衬底144；第一管芯146，在衬底144上；透明材料(例如透明树脂148)，在管芯146和衬底144上；以及第一过滤器150，在透明树脂148上。树脂110位于第一组件106的第一过滤器150上，并且在第一组件106的侧壁140处与透明树脂148和衬底144接触。第二组件108还包括衬底152；第二管芯154，在衬底152上；透明树脂148，在第二管芯154和衬底152上；以及第二过滤器156，在第二组件108的透明树脂148上。树脂110位于第二组件108的第二过滤器156上，并且在第二组件108的侧壁142处与透明树脂148和衬底152接触。衬底144、152的细节将参照图3和图4更详细地描述。

在一个或多个实施例中，第一组件106是发光组件，并且第二组件108是受光组件。这样，第一组件106的第一管芯146被配置为发射光线，所述光线可以是在可见光光谱中的光线、在红外光光谱中的光线、或在紫外光光谱中的光线等等。在一些实施例中，第一管芯106可以是LED管芯或垂直腔面发射激光器(VCSEL)管芯。

在第一管芯146是LED管芯的实施例中，第一管芯146可以包括衬底，该衬底包括铝、镓、砷、氮化物、硅和磷光体中的一种或多种以及其它可用的衬底材料。在一些实施例中，掺杂剂被添加到衬底以增加通过衬底的传导。应当理解，第一管芯146的组成可以根据期望的输出来选择，即由管芯146发射的光的颜色或类型。通常，LED管芯优选地包括具有掺杂剂的第一部分，该掺杂剂导致在第一部分中产生额外的带负电粒子(或电子)，该第一部分被称为第一管芯146的N型材料、部分或区段。LED管芯还包括具有掺杂剂的第二部分，该掺杂剂导致在第二部分中产生额外的空穴(或带正电粒子)，该第二部分被称为第一管芯146的P型材料、部分或区段。LED包括键合到P型材料的N型材料，在每个端部上都具有电极，这允许在一个方向上通过管芯146导电。

对应于N型材料的电极连接到负电流，并且P型材料的电极连接到正电流。在N型材料中的自由电子被负电流排斥，并且被吸引到正极。在P型材料中的空穴向相对方向移动(例如由正电流排斥而被拉向负极)。当不施加电流时，N型材料的电子沉降在P型材料的空穴中，并且阻止电通过LED管芯传导。然而，当如上所述地施加足够的电流时，N型材料的电子被从P型材料的空穴移除，并且开始自由移动，并且电流跨二极管移动。

光子是由原子释放的一种能量形式。在某些情况下，这种能量作为光是可见的。在原子中，电子在围绕原子核的轨道上运动，其中在不同轨道上的电子具有不同量的能量。为了使电子改变轨道，外力或能量源必须改变电子的能级。如上文所述的，使用LED管芯，自由电子跨二极管移动，并且落入在P型材料中的空穴，这涉及到将能量降至较低轨道，在这种情况下，电子以光子的形式释放能量。释放的能量的量取决于二极管的材料类型，其中某些类型的材料释放在可见光光谱内的光子，而其他类型的材料释放在红外或紫外光谱内的光子。这样，当第一管芯146是LED管芯时，第一管芯146包括上述材料中的一种或多种，以及某些掺杂剂，使得电子跨管芯146移动、并且在管芯146中改变轨道能级时，以光子形式释放能量。光子作为光线从管芯146发射。

在第一管芯146是VCSEL型管芯的一个或多个实施例中，管芯146可以是顶部发射型VCSEL，尽管在其它布置中，管芯146是底部发射型VCSEL。通常，VCSEL管芯被配置为发射激光、并且包括衬底和两个平行于衬底的分布式布拉格(Bragg)反射(“DBR”)镜，衬底可以包括上文关于LED管芯描述的任何材料，分布式布拉格反射镜具有用于在DBR之间产生激光的一个或多个量子阱。DBR反射镜由高低折射率交替的层组成。每层的厚度为在材料中的激光波长的四分之一，这导致反射率在95-99％以上或更高。VCSEL优选地使用高反射率反射镜，以平衡增益区域的短轴向长度。

这样，在管芯146是VCSEL型管芯的情况下，管芯146包括第一反射镜和第二反射镜，其也可以被称为上反射镜和下反射镜。上反射镜和下反射镜被掺杂为p型和n型材料，如上文所述的，这就形成了二极管结。在其它结构中，p型和n型区域可以被嵌入在反射镜之间，这可以消除在DBR结构中的电功率损失。在层之间的量子阱可以将准粒子(通常是电子或空穴)限制在垂直于层表面的维度中，而在其他维度中的运动不被限制。这种限制产生了量子效应，改变了被限制粒子的密度态。量子阱是嵌入在其他带隙更宽的半导体层之间的一层薄薄的半导体材料。半导体材料被选择用于层，使得在中间层中可用于传导的电子具有比在外层中的电子更低的能量，这创建了将电子限制在中间层中的能量倾角或阱。

中间层的厚度可以在5到20纳米之间，这可以通过分子束外延或金属-有机化学气相沉积来实现。该厚度与限制在中间层内的电子的波长类似，从而改变电子行为，这是因为电子被限制在2D平面中而不是在块体3D样品中。这样，在操作期间，电流被提供给p型掺杂DBR，该电流流过量子阱到n型掺杂DBR。如上文所述的，通过量子阱的传导导致在中间层中的电子找到空穴，空穴释放光子。因为电子被限制在中间层内，所以电子比在其他类型的二极管中更容易找到空穴。释放的光子在很大程度上(在一个或多个实施例中高达99.9％)由DBR反射回管芯146中，所释放的光子的一小部分垂直于管芯146的主表面而逸出管芯。由VCSEL管芯释放的光通常是圆形的，其中，VCSEL的较大输出孔(例如管芯146的主表面)产生较低的发散角，这允许在光路中使用VCSEL而不需要附加的光学元件。

在又一实施例中，管芯146是边缘发射VCSEL管芯，包括用作反射器的半导体材料的解理部分(cleaved section)，在这种情况下，如上述VCSEL管芯，光平行于层振荡，并且在管芯的侧面处、而不是在管芯的顶表面或底表面处逸出。尽管管芯146被描述为仅包括单个LED或单个VCSEL布置，但应理解的是，在其它实施例中，管芯146包括在管芯146中的LED阵列或VCSEL阵列。

第二管芯154可以是传感器管芯或光传感器(诸如光电二极管或光电二极管阵列)，其将光转换成电流。当由发光组件106和管芯146释放的光子由光电二极管吸收时，电流被生成。光电二极管包括p-n结(例如，p型掺杂材料层与n型掺杂材料层连接)。在一个或多个实施例中，本征未掺杂层位于n层与p层之间。当管芯154不在操作中时(例如，没有光照射到管芯154上)，来自n掺杂区的电子在p区与n区之间的结合部处填充在p型区中的空穴，这防止电流通过管芯154，并且形成管芯154的所谓耗尽区或耗尽区域。然后，当来自发光组件106的光(光子)照射到管芯154上时，它们向耗尽区域释放能量，这从p型区域的空穴移除n型区域的电子。然后，电子流向管芯154的正电极，并且空穴流向管芯154的负电极，这生成可测量的光电流。照射在管芯154上的光的强度将向管芯154释放不同量的能量(例如，更多的光或更强的光等于释放的更多能量)，并且这样一来，可测量的光电流对应于照射到管芯154上的光的强度。第二管芯154可以包括硅、锗、铟、镓、砷化物和磷化物等中的一种或多种，其中，第二管芯154的材料组成可以根据设计规范来选择。

在实施例中，封装件100是飞行时间传感器。在操作期间，由第一管芯146发射的光被在第一管芯146的光路中的物体反射，并且由第二管芯154接收。如本文所述，由第二管芯154接收的光被转换成电子信号。可以使用在由第一管芯146发射光的时间与第二管芯154接收光的时间之间的差来计算物体相对于封装件100的距离。在其它实施例中，封装件100被配置为确定物体的其它特性，诸如速度(例如，在一段时间内物体相对于封装件100的距离的变化)或加速度(例如，在一段时间内物体相对于封装件100的速度的变化)等。

图3是第二组件108的衬底152的一部分的放大视图。在实施例中，第二组件108的衬底152与第一组件106的衬底144相同或类似，并且因此，已省略重复描述。在其它实施例中，衬底144、152是不同的。在一些实施例中，衬底152是焊盘栅格阵列(“LGA”)型衬底。如图3所示，LGA衬底类似于倒装芯片球栅阵列(“BGA”)衬底，只是LGA衬底通常不包括焊球或球。LGA衬底和BGA衬底也可被称为印刷电路板(“PCB”)衬底，其包括介电材料层或金属和介电材料层。这样，LGA衬底和BGA衬底具有类似的结构，除了用于衬底的接触接触。LGA衬底可以是包括平坦焊盘栅极接触的PCB类型，而BGA衬底可以是包括耦合到平坦焊盘栅极接触的焊球的PCB类型。衬底152包括第一表面158和与第一表面158相对的第二表面160，具有管芯焊盘162和接触焊盘164，其中，如图2所示，接触焊盘164被暴露在封装件100的第二表面104上。

LGA衬底是一种用于集成电路的表面安装封装衬底，通过在板级组装工艺期间在一个或多个接触焊盘164与PCB之间用焊膏形成互连，LGA衬底可以被耦合到较大的电子器件衬底，例如另一PCB。这会导致较低的离位高度，取决于焊膏体积和PCB几何形状，约为0.06mm至0.10mm或更低。可选地，LGA可以在PCB上的插座中被容纳。在所图示的实施例中，衬底152包括四层介电材料166，而在其它实施例中，衬底152仅包括两层介电材料。可以选择在衬底152中的介电材料层166的数目，但是优选选择用于较低功率、较低性能应用以减小封装尺寸的两层衬底152，或选择用于较高功率、较高性能应用的四层衬底152。在各种实施例中，衬底152(以及第一组件106的衬底144)可具有任意数目的层，其可包括任意数目的介电层、金属化或导电层，或适合用作衬底的任何其它层。

在所图示的实施例中，管芯焊盘162占据衬底152的一层166的至少一部分，并且接触焊盘164占据衬底152的另一层166。在其它实施例中，例如，在衬底152包括两层的情况下，管芯焊盘162和接触焊盘164可以占用小于每层的厚度。在衬底152是两层LGA衬底的实施例中，衬底152的厚度168优选在80与100微米(micrometer，micron)之间。在衬底154是四层LGA衬底的情况下，厚度168可以在160与200微米之间(或者更多或更少)。如图2所示，第二管芯154利用焊料170或其它管芯附接材料耦合到管芯焊盘162。这样，第二管芯154电连接到管芯焊盘162，例如，管芯焊盘162可以是在无电镍上的无电镀金。备选地，管芯焊盘162可以包括金、镍、银、锡、铜或铅，及其合金中的一种或多种。管芯焊盘162通过穿过衬底152的导电迹线172(例如，金属化层、导电通孔等)电连接到接触焊盘164，接触焊盘164可以具有与管芯焊盘162类似的组成。迹线172可以沿着层166延伸，以及穿过在管芯焊盘162与接触焊盘164之间的层166。这样，第二管芯154可以在最终组装期间通过焊料170、管芯焊盘162、迹线172和接触焊盘164而电连接到单独的PCB或其它装置。

在其它实施例中，衬底154可以是BGA衬底，其具有与上述LGA衬底相似的组成，除了焊球或球耦合到接触焊盘164以用于在板级组装工艺期间被安装在PCB或其它装置上。在一些实施例中，衬底154可以是或包括PCB、包括单侧PCB(一个金属层)、双侧PCB(在一个衬底或电介质层的两侧上的两个金属层)或多层PCB(金属的外层和内层，与衬底或介电层交替)。这种PCB衬底的衬底或介电材料可以是FR-2(用酚醛树脂浸渍的酚醛纸或酚醛棉纸)、FR-4(用环氧树脂浸渍的编织玻璃纤维布)、包有导热薄介电材料的铝或绝缘金属衬底、或柔性衬底，例如聚酰亚胺箔或聚酰亚胺-氟聚合物复合箔。其他PCB衬底材料也可用，包括浸渍纸和用环氧树脂浸渍的编织玻璃纤维的其他变型，以及聚酰亚胺。

图4是沿着在图1中的线B-B的封装件100的截面视图，其更详细地图示了第二组件108。在实施例中，第一组件106的横截面视图与在图4中第二组件108的横截面视图相同，并且因此，已省略重复的描述。第二组件108包括在衬底152上的第二管芯154，并且更具体地，包括在衬底152的管芯焊盘164上的第二管芯154。第二管芯154包括第一表面174和与第一表面174相对的第二表面176。第二管芯154还包括接触178，在实施例中，接触178位于管芯154的第一表面174与第二表面176之间，并且与第二管芯154的第一表面174共面。

在其它实施例中，接触178位于第二管芯154的第一表面174上。引线180电连接在第二管芯154的接触178与衬底152的第二接触焊盘182之间。在一个或多个实施例中，在引线键合工艺中，引线180用焊料键合到衬底152的第二接触焊盘182和第二管芯154的接触178。在其它实施例中，引线180是由包含夹带的金属颗粒的浆料形成、并且沿着升华层印刷的墨印刷引线，其中烧结或加热使引线固化，并且去除升华层。引线180可以包括金、镍、银、锡、铜或铅及其合金中的一种或多种。衬底152的第二接触焊盘182通过类似于在图3中的迹线172的迹线，电连接到衬底152的第三接触焊盘184。

图4进一步图示了衬底152的接触162、164、182、184中的每个接触位于衬底152的第一表面158与第二表面160之间，并且每个接触与衬底152的相应表面158、160共面。在其它实施例中，接触162、164、182、184在衬底的表面158、160上。这样，第二组件108包括四个衬底接触162、164、182、184，其中两个接触162、164对应于第二管芯154，并且两个接触182、184对应于引线180。第二管芯154通过引线180电连接到衬底152的接触182、184。应当理解的是，第一组件106类似地包括具有与在图4中相对于第二组件108所示出的、类似布置的总共四个接触。

图5示出了封装件100的第二表面104。在实施例中，第二表面104是封装件100的底部或连接表面。封装件100包括组件106、108，每个组件具有暴露在封装件100的第二表面104上的接触。例如，第一组件106包括与封装件100的第二表面104共面的第一接触186和第二接触188。如图2所示，第一组件106的接触186、188对应于：封装件100内部的、用于第一管芯146的管芯焊盘192，耦合到第一管芯146的引线190，并且第一组件106的接触类似于第二组件108的接触182。这样，在一些实施例中，封装件100包括总共八个接触，每个组件106、108具有四个接触。

参考图4和图5，在一个实施例中，封装件100具有从封装的第一表面102到第二表面104的尺寸194，其等于400微米或大约400微米。尺寸194在本文中也可以称为封装件100的高度或厚度。在其它实施例中，尺寸194的范围从300微米到1毫米，而在又一实施例中，尺寸194的范围从600微米到1毫米。在一些实施例中，封装件100的尺寸194小于1毫米。通过比较，已知的腔型光学传感器封装件具有至少1毫米或更多的厚度，并且更典型地，具有在1.2至1.5毫米之间的厚度。因此，本公开的封装件相当小、并且轮廓较低，这是因为在封装件100中消除空腔和盖帽允许封装件100相对于已知的空腔型光学传感器封装件具有较低的轮廓。此外，在一个或多个实施例中，封装件100具有长度196和宽度198，其中长度为3毫米或大约3毫米。类似地，在封装件100具有方形形状的一个或多个实施例中，宽度198也是3毫米或大约3毫米。在所图示的实施例中，长度196大于宽度198，并且因此，长度196可以在3.1毫米和3.3毫米之间，而宽度198是3毫米，使得封装件具有矩形形状。在备选实施例中，长度196小于宽度198。

图6A至图6I示出了根据本公开的用于组装光学传感器封装件(例如封装件100)的方法200的实施例。方法200在图6A中以衬底202开始。衬底202可以被预组装或制造，使得其准备好用于组装，而无需进一步修改。在实施例中，衬底202是两层LGA衬底。在其它实施例中，衬底202是四层LGA衬底、BGA衬底或PCB。衬底202包括与第二表面206相对的第一表面204，其中第一多个接触焊盘208与第一表面204共面，并且第二多个接触焊盘210与第二表面206共面。多个接触焊盘208、210可以共同称为衬底202的接触或多个接触。如图所示，接触208、210在衬底202的第一表面204与第二表面206之间，每个接触208、210的表面212与衬底202的相应表面204、206共面。在其它实施例中，接触208、210在衬底202的表面204、206上。

方法200在图6B中继续进行管芯附接过程。更具体地，第一管芯214利用管芯附接材料216附接至衬底202。在一个实施例中，管芯附接材料216是焊料，而在其它实施例中，管芯附接材料是一些其它导电或不导电的粘合剂，例如胶水或胶带。第一管芯214包括第一表面218和与第一表面218相对的第二表面220。在所图示的实施例中，第一表面218与衬底202间隔开，并且背对衬底202，而第二表面220邻近衬底202的第一表面204，并且面向衬底202。第一管芯214还包括接触222，其中，接触222优选地位于管芯214的第一表面218和第二表面220之间。接触222的表面224与管芯214的第一表面218共面。在其它实施例中，接触222位于管芯214的第一表面218上。

如本文所述，在一个实施例中，第一管芯214是VCSEL或LED管芯。在额外实施例中，第一管芯214是另一种类型的发光管芯。备选地，第一管芯214可以替代地是如本文所述的光电二极管管芯，或者一些其它类型的光电检测器或受光管芯。此外，尽管图6B仅示出了耦合到衬底202的两个管芯214，但应理解的是，图6B是组装过程的简化视图，并且因此，实际上，在组装期间衬底202上可以存在数百个、数千个或甚至数万个管芯214。在一些实施例中，在衬底202上的管芯214中的一些管芯可以是发光管芯，例如VCSEL或LED管芯，而在衬底202上的管芯214中的其他管芯可以是受光管芯或光感测管芯，例如光电二极管管芯等。

该方法在图6C中继续进行引线键合，以将管芯214电连接到衬底202。更具体地，引线226耦合在每个管芯214上的接触222与衬底202的第一多个接触208中的一个接触208之间，其中引线226可以是上文关于引线180(图4)描述的任何类型的引线。在一个实施例中，引线键合工艺包括用焊料230将引线226耦合到接触222的表面224和第一多个接触208的表面228。如在图6C中所示的，在每个管芯214与衬底202之间仅存在一个被耦合的引线226。在其它实施例中，在引线键合过程中，在每个管芯214与衬底202之间可以存在多个被耦合的引线226。此外，如上文参考图3所述的，衬底202包括穿过衬底202的迹线或通孔，以将第一多个接触208电连接到第二多个接触210中的对应接触。这样，每个管芯214通过引线226电连接到第一多个接触208中的一个接触，并且通过穿过衬底202的迹线电连接到第二多个接触中的一个接触。在板级组装过程中，芯片214然后可以通过第二多个接触210电连接到PCB或其它板级衬底。

在图6D中，透明树脂232沉积在第一管芯214、引线226、焊料230、衬底202和第一多个接触208上。透明树脂232可以是就地固化的环氧树脂，尽管在其它实施例中，透明树脂232是一些其它类型的可用透明材料。透明树脂232优选地沉积为单个、均质、连续层，其密封第一管芯214、引线226、焊料230、衬底202和第一多个接触208。在固化透明树脂232之后，在透明树脂232上形成过滤器234。这样，透明树脂232保护管芯214，同时还用作过滤器234的基底或衬底层。如下所述，透明树脂232和过滤器234允许消除典型腔型光学传感器封装件的盖帽和腔，这减小了封装尺寸而不影响性能。

过滤器234可以是红外过滤器，该红外过滤器要么被形成为在透明树脂232上的单个、连续、均质层，要么被形成为放置在透明树脂232上的、并且被耦合到透明树脂232的预成形材料片。在过滤器234是红外过滤器的情况下，红外过滤器可以包括溴化钾、氯化钠、氟化镁、氟化钙、蓝宝石、硫化锌、硒化锌、UV熔融二氧化硅、硼硅酸盐冠状玻璃(N-BK7)、硅和锗等中的一种或多种。然而，通常，过滤器234保护管芯214，同时还改善光学性能。用于过滤器234的材料可以根据针对管芯214的应用的期望性质来选择，包括发散度、热性质(例如热膨胀系数)、透射率和折射率。其它实施例不包括过滤器234，例如在图7中，而作为替代地仅包括透明树脂232，这允许形成甚至更薄的封装件。透明树脂232的厚度236可以大于过滤器234的厚度238，(尽管不要求是相同的厚度)。在其它实施例中，厚度236、238是相同的，而在另一些实施例中，过滤器234的厚度238大于树脂232的厚度236。

在图6E中，衬底212、透明树脂232和过滤器234被分离成第一类型的组件240。在一个实施例中，分离包括用机械刀片242进行切割。在用机械刀片242切割之前，可以用激光标记过滤器234上的切割位置，以提高切割精度。在其它实施例中，分离包括用激光切割。每个组件240包括一个管芯214、一条引线226以及衬底202的具有四个接触208、210的一部分，并且更具体地，第一多个接触208的两个接触和对应于两个第一多个接触208的第二多个接触210的两个接触。

尽管图6A至图6E示出了用于第一类型组件240的组装工艺的一个或多个实施例，根据在组件240中的管芯214的特性，第一类型组件240可以是发光组件或受光组件，但是应当理解的是，在图6A至图6E中的工艺可以重复或同时执行，以生产第二类型组件244。换句话说，在一个实施例中，执行在图6A至图6E中的工艺以生产组件240，组件240类似于第一组件106(图2)并且包括发光管芯214，例如VCSEL或LED管芯。如图6F所示，方法200包括参考图6A至图6E描述的相同工艺，以产生多个第二组件244，其类似于第二组件108并且包括光电二极管管芯246(或一些其它类型的光检测管芯)。

在图6F中，通过将第一组件240和第二组件244以交替的方式布置在载体上(例如带248上)，方法200继续。带248在面向组件240、244的表面250上具有粘合剂，使得组件240、244被固定在带248上的适当位置，以用于进一步处理。组件以间隔开的关系布置在带248上，在第一组件240与第二组件244之间有第一空间252，并且在第二组件244与相邻的第一组件240之间有第二空间254。空间252、254可以根据设计偏好来选择。换句话说，可以选择在相邻组件240、244之间的距离，以在组件240、244之间产生树脂110(图2)的较厚或较薄的部分138，以及其它特性。

在图6G中，在组件240、244和带248上形成与树脂110(图2)相同或类似的树脂256。树脂256位于带248的面向组件240、244的表面250上，其中，在带248的表面250上的粘合剂与组件240、244的、包含第二接触210的表面密封接触，以防止树脂接触每个组件240、244的第二接触210。此外，树脂256位于与衬底202的第二表面206共面的带248上，并且因此，树脂256也被形成为与衬底202的第二表面206共面。树脂256优选地作为单一、均质、连续层施加在组件240、244上，其中树脂的一部分258在组件240、244之间延伸，并且与组件240、244接触，以将组件240、244耦合在一起。此外，树脂256可以是不透明的，或者以其它方式由配置为防止或阻碍光的传输的材料形成，使得在相邻组件240、244之间的部分258被用作屏蔽，以阻挡从第一组件240发射的光从内部传递到第二组件244。

在沉积树脂258之后，形成孔260，孔260延伸穿过树脂258，并且与管芯214、246对准。孔260由模具形成，该模具具有对应于管芯214、244的位置的选定的突起图案。模具被压入树脂258中，树脂258被固化，并且模具被移除，这在对应于模具的突起的位置中留下穿过树脂258的孔260。在一个实施例中，模具的下拉角度导致树脂258围绕孔260的侧壁与水平面处于10度至20度之间的角度。如本文所述，在其它实施例中，与水平面的角度低至5度或更小。在一个或多个实施例中，在模具被释放之后，执行清洁操作以移除在过滤器234的由孔260暴露的部分上的任何树脂258。

参考图6F、图6H和图6I，用机械刀片262或激光器将树脂256和带248在对应于相邻的第二组件244与第一组件240之间的第二空间254的区域中分离，以产生封装件264。如图6I所示，在分离之后，带248被移除，留下暴露在每个封装件264的外表面266上的接触210。此外，每个封装件264包括通过树脂256连接在一起的一个第一组件240和一个第二组件244。在实施例中，封装件264与参考图1至图5描述的封装件100相同。

尽管图6A至图6I描述了用于光学传感器封装件(例如封装件100或264)的组装工艺的一个或多个实施例，但应理解，本文所述的组装工艺可与任何数目的不同类型的半导体封装件和半导体管芯一起使用。例如，在其它实施例中，上述工艺用于形成包括微电子机械系统(“MEMS”)类型封装件等的封装件。此外，虽然已经描述了仅具有两个具有特定类型管芯的组件的封装件100、264，但其它实施例仅包括一个组件，或三个、四个、五个、六个或更多个组件，每个组件具有相同或不同类型管芯，作为最终封装件100、264的一部分。此外，尽管本文中通常将组件描述为包括一个管芯，但将容易理解，在一些实施例中，在单个组件中可以包括多个管芯，例如在堆叠配置、并排定位、或任何其它配置中。因此，本公开并不具体限于在附图中所示的实施例，而是也可以被应用于其它半导体封装件和相关联的管芯。

图7示出了半导体封装件300的备选实施例300。除非下面另有规定，否则半导体封装件300类似于封装件100、264。封装件300包括在衬底304上的半导体管芯302，其可以是发光管芯、受光管芯、MEMS器件或一些其它半导体装置。透明树脂306位于管芯302和衬底304上，并且模塑化合物或密封剂308位于透明树脂306上。孔310延伸穿过密封剂308以暴露透明树脂306。如图7所示，在密封剂308与透明树脂306之间的透明树脂上不存在过滤器。这样，封装件300甚至可以比封装件100、264更薄，这是因为与具有过滤器的封装件100、264相比，移除过滤器减小了封装件300的厚度312。此外，与包括多个管芯的封装件100、264相比，封装件300仅包括单个管芯302。这样，封装件300可以是例如MEMS装置或直线光学传感器。

图8示出了包括耦合到微处理器402的光学传感器封装件(例如光学传感器封装件100或300)的电子装置400。微处理器402可以是被配置为将电信号接收或发送到光学传感器封装件100的任何电路。电子装置400还可以包括电源404，电源404被配置为向装置400提供电力，装置400包括微处理器402和光学传感器封装件100。电源404可以例如是电池。更具体地，在一些实施例中，电源404可以是可再充电或可更换的电池。电子装置400还可以包括耦合到微处理器402或合并到微处理器402中的存储器406。

存储器406可以存储由微处理器402使用的指令和/或数据，存储器406在本文中也可以称为非瞬时存储介质。由微处理器402执行的指令可以执行逻辑，以执行本文描述的光学传感器封装件的各种实施例的功能，包括但不限于检测物体相对于封装件100、300的位置或距离。换句话说，存储在存储器406中的指令在被执行时配置微处理器402，以执行封装件100、300的功能，例如处理从管芯146、154接收的信息，并且对其执行动作，以检测物体相对于封装件100的位置。

在一个或多个实施例中，电子装置400可以是蜂窝电话、智能电话、平板计算机、照相机和/或可穿戴计算装置，其可以位于衣服、鞋子、手表、眼镜或任何其他可穿戴结构中。电子装置400还可以位于车辆或其它移动系统或机械中，例如车辆、船或机器人。

因此，本公开的实施例提供了一种具有树脂的半导体封装件，该半导体封装件取代了已知封装件的盖帽和腔，其与已知产品相比具有数个优点。首先，取消盖帽和腔允许在长度、宽度和高度或厚度方面减小封装件的尺寸，这增加了在其中可以使用的、本文描述的封装件的应用的数目。第二，消除盖帽移除了盖帽到衬底的胶合接口，该胶合接口可以在重复使用周期期间导致封装失败。因为在此描述的封装件不包括腔，所以该封装件比已知的空腔型封装件更坚硬，并且对外力更有弹性。本文所述的组装工艺还消除了与用于具有盖帽的已知腔型封装件的胶合工艺相关联的低效率，这降低了成本。

本公开涉及一种光学传感器封装件，其具有密封一个或多个组件的包覆模塑的密封剂(例如树脂)。更具体地，光学传感器封装件包括发光组件和受光组件，在发光组件和受光组件上具有树脂。发光组件包括衬底和在衬底上的半导体管芯，例如，半导体管芯可以是诸如具有一个或多个发光二极管(“LED”)的管芯、或垂直腔面发射激光器(“VCSEL”)管芯的发光管芯。透明树脂在发光管芯上，在并且红外过滤器在透明树脂上。受光组件包括衬底和在衬底上的半导体管芯，半导体管芯可以是受光管芯，诸如包括光电二极管的管芯。受光组件还包括在受光管芯上的透明树脂和在透明树脂上的红外过滤器。

包覆模塑的树脂密封发光组件和受光组件，以将发光组件耦合到受光组件。在一个示例中，树脂与发光组件和受光组件两者的衬底的表面共面，并且树脂在发光组件与受光组件之间延伸。第一孔被形成在与发光管芯对准的树脂中，并且第二孔被形成在与受光管芯对准的树脂中。这样，在操作期间，光由发光管芯发射、并且由受光管芯接收，其将照射到受光管芯上的光线转换为电子信号。如更详细描述的，使用包覆模塑的树脂来代替盖帽减少或消除了已知腔型封装件的上述缺陷。

在上述描述中，阐述了某些特定细节，以便提供对各种公开实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有这些特定细节中的一个或多个的情况下实施实施例，或者使用其他方法、组件、材料等。在其他情况下，与半导体装置和封装件(例如光学传感器封装件)相关联的公知结构没有被详细示出或描述，以避免不必要地模糊对实施例的描述。

除非上下文另有要求，否则，在下面的说明书和权利要求书中，词“包括”及其变体，例如“包括”和“包含”应以开放的、包含的意义来解释，即“包括但不限于”。此外，术语“第一”、“第二”和类似的顺序指示符应被解释为可互换的，除非上下文另有明确规定。

在整个说明书中，对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在贯穿本说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都是指相同的实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非内容另外明确指示。还应当注意，术语“或”通常在其最广泛的意义上使用，即表示“和/或”，除非内容另有明确规定。

当用于描述值、量(amount)、数量(quantity)或维度时，相对术语“近似”和“基本上”通常指的是在所述值、量(amount)、数量(quantity)或维度的正负5％内的值、量(amount)、数量(quantity)或维度，除非上下文另有明确规定。应当进一步理解，这里提供的组件或特征的任何特定尺寸仅用于参考这里描述的示例性实施例的说明目的，并且因此，在本公开中明确预期包括大于或小于所述尺寸的尺寸，除非上下文清楚地另外指示。

可以组合上述各种实施例以提供进一步的实施例。可以根据上述详细描述对实施例进行这些和其它改变。通常，在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制于说明书和权利要求中公开的特定实施例，而是应被解释为包括所有可能的实施例以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。

Claims (13)

1.一种半导体装置，其特征在于，包括：

第一组件，包括：

第一衬底；

第一管芯，在所述第一衬底上；以及

透明材料，在所述第一管芯上；

第二组件，包括第二管芯；

密封剂，在所述第一组件和所述第二组件上，所述密封剂包括在所述第一组件和所述第二组件之间延伸、并且耦合到所述第一组件和所述第二组件的部分；

第一孔，穿过所述密封剂、并且与所述第一组件对准；以及

第二孔，穿过所述密封剂、并且与所述第二组件对准。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一组件还包括在所述密封剂与所述第一管芯上的所述透明材料之间的、在所述第一管芯上的所述透明材料上的红外过滤器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二组件还包括：

第二衬底，所述第二管芯在所述第二衬底上；以及

所述透明材料，在所述第二管芯上。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二组件还包括在所述密封剂与所述第二管芯上的所述透明材料之间的、在所述第二管芯上的所述透明材料上的红外过滤器。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一组件的所述第一衬底包括第一表面和第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对，所述密封剂与所述第一衬底的所述第二表面共面。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一组件的所述第一衬底包括第一表面和第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对，在所述第一管芯上的所述透明材料在所述衬底的所述第一表面与在所述第一组件上的所述密封剂之间。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封剂还包括第一侧壁表面，所述第一侧壁表面至少部分地限定所述第一孔的边界，所述第一侧壁表面相对于所述第一组件的上表面处于0度与90度之间的角度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述密封剂还包括第二侧壁表面，所述第二侧壁表面至少部分地限定所述第二孔的边界，所述第二侧壁表面相对于所述第二组件的上表面处于0度与90度之间的角度。

9.一种封装装置，其特征在于，包括：

第一中间封装件，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一中间封装件包括：

第一衬底；

第一管芯，在所述第一衬底上；以及

第一透明树脂层，在所述第一管芯上；

第二中间封装件，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第二中间封装件包括：

第二衬底；

第二管芯，在所述第二衬底上；以及

第二透明树脂层，在所述第二管芯上；以及

密封剂，至少部分地封装所述第一中间封装件和所述第二中间封装件，所述密封剂与所述第一中间封装件的所述第二表面共面，并且所述密封剂与所述第二中间封装件的所述第二表面共面，

其中，第一孔在所述第一透明树脂层上延伸穿过所述密封剂，并且第二孔在所述第二透明树脂层上延伸穿过所述密封剂。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

第一红外过滤器，在所述第一中间封装件的所述第一透明树脂上；以及

第二红外过滤器，在所述第二中间封装件的所述第二透明树脂上，

其中，所述密封剂在所述第一红外层和所述第二红外层上，所述第一中间封装件的所述第一透明树脂被布置在所述第一红外层与所述第一管芯之间，并且所述第二中间封装件的所述第二透明树脂被布置在所述第二红外层与所述第二管芯之间。

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一中间封装件包括在所述第一中间封装件的所述第一表面与所述第二表面之间延伸的侧壁，所述密封剂在所述第一中间封装件的所述第一表面和所述侧壁上。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二中间封装件包括在所述第二中间封装件的所述第一表面与所述表面之间延伸的侧壁，所述密封剂在所述第二中间封装件的所述第一表面和所述侧壁上。

13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一孔小于所述第二孔。

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