DE102013202170B4 - Optische Sensorchipvorrichtung und entsprechendes Herstellungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Optische Sensorchipvorrichtung mit
• einem Substrat (10; 110) mit einer Vorderseite (Sv; Sv') und einer Rückseite (Sr; Sr');
• mindestens einem ersten optischen Sensorchip (3, 103) zum Erfassen eines ersten optischen Spektralbereichs, welcher an dem Substrat (10; 110) angebracht ist; und
• einer ersten geschlossenen Kaverne (2; 102; 202), welche oberhalb einer Oberseite (C3o; C103o) des ersten optischen Sensorchips (3; 103) ausgebildet ist; wobei der erste optische Sensorchip (3; 103) auf einer ersten Seite der ersten Kaverne (2; 102; 202) und eine erste optische Einrichtung (1; 101; 201) auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Kaverne (2; 102; 202) angeordnet ist,
• einem zweiten optischen Sensorchip (13; 113; 113") zum Erfassen eines zweiten optischen Spektralbereichs und
• einer zweiten geschlossenen Kaverne (12; 112; 212), welche oberhalb einer Oberseite (C113o; C113o'') des zweiten optischen Sensorchips (13; 113; 113") ausgebildet ist, wobei der zweite optische Sensorchip (13; 113 ; 113") auf einer ersten Seite der zweiten Kaverne (12; 112; 212) und eine zweite optische Einrichtung (11; 111; 211) auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten Kaverne (102; 112; 212) angeordnet ist, wobei der erste optische Sensorchip (3; 103) zum Erfassen sichtbaren Lichts und der zweite optische Sensorchip (13; 113; 113") zum Erfassen elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich ausgebildet ist und wobei die entsprechenden optischen Einrichtungen (1, 11; 101, 111; 201, 211) Linseneinrichtungen sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Sensorchipvorrichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren.
  • Stand der Technik
  • Gegenwärtig gibt es kommerziell erhältliche Produkte, z. B. Thermografie-Kameras, die sowohl eine Abbildung im sichtbaren Wellenlängenbereich (VIS) als auch eine Abbildung im langwelligen Infrarotbereich (FIR) ermöglichen. Durch eine Datenfusion beider Signale ist es möglich, überlagert Aufnahmen im sichtbaren und infraroten Bereich darzustellen. In den entsprechenden Geräten sind entsprechend zwei Lichtwege mit entsprechenden Optiken und Detektoren meist auf Leiterplattenebene verbaut.
  • Aus der US 2010 / 0 046 577 A1 ist eine Vorrichtung zur Benutzung in einem thermischen Messinstrument bekannt. Die Vorrichtung beinhaltet ein Infrarotkameramodul und kann auch ein Kameramodul zur Erfassung sichtbaren Lichts beinhalten. Verschiedene Temperatursensoren sind dabei auf einer integrierten Schaltungsplatte verbaut.
  • Aus der US 2007 / 0 289 771 A1 ist eine Multichip-Halbleitervorrichtung bekannt, bei der mehrere Chips auf ein Substrat aufgebondet sind und die Chips über Durchkontaktierungen miteinander und mit weiteren Leitungen elektrisch verbunden sind.
  • Aus der US 8 362 496 B1 ist eine optische Modulpaketeinheit mit einem Licht emittierenden Chip und einem Lichtsensorchip bekannt, welche in Vertiefungen eines Plastikdeckels auf einem Substrat angebracht sind und welche von festhaftenden Verpackungsstrukturen umgeben sind.
  • Weitere optische Halbleitersysteme sind aus den Schriften US 2013 / 0 009 173 A1 , US 2008/0 179 503 A1 , JP 2011 - 119 925 A und DE 10 2005 005 590 A1 bekannt.
  • Die US 2013 / 0 009 173 A1 offenbart ein elektronisches Gehäuse. Dieses enthält einen Substratwafer mit einer Vorder- und einer Rückseite und einem Durchgang mit einem Frontfenster und einem blinden Hohlraum, der seitlich mit dem Frontfenster in Verbindung steht. Ein empfangender integrierter Schaltungschip ist auf der Rückseite angebracht und enthält einen optischen Sensor, der gegenüber dem blinden Hohlraum angeordnet ist. Oberhalb des optischen Sensors erstreckt sich eine transparente Vergussmasse, die den Durchgang zumindest teilweise ausfüllt. Ein emittierender integrierter Schaltungschip, der in die transparente Einkapselung eingebettet ist, enthält einen optischen Emitter für Lichtstrahlung. Der emittierende integrierte Schaltungschip kann an der Vorderseite oder innerhalb des Durchgangs zum empfangenden integrierten Schaltungschip montiert sein. Der Substratwafer kann ferner einen zweiten Durchgang umfassen. Der empfangende integrierte Schaltungschip enthält ferner einen zweiten optischen Sensor, der gegenüber dem zweiten Durchgang angeordnet ist. An der zweiten Durchgangsöffnung ist an der Vorderseite eine Abdeckplatte angebracht.
  • Die US 2008/0 179 503 A1 stellt eine optische Vorrichtung bereit, die miniaturisiert ist, hochempfindlich ist und ein vereinfachtes Gehäuse aufweist, sowie ein Herstellungsverfahren dafür mit hoher Produktionseffizienz und hoher Zuverlässigkeit. Die vorliegende Erfindung ist eine optische Vorrichtung, umfassend: ein fotoelektrisches Umwandlungselement mit mindestens einem fotoelektrischen Umwandlungsabschnitt, der auf einem Substrat ausgebildet ist, ein Dichtungsmaterial, und einen Verbindungsanschluss. Die optische Vorrichtung umfasst ein optisches Fenster, das eine Schnittstelle zwischen dem fotoelektrischen Umwandlungselement und einer Außenseite der optischen Vorrichtung ist, und eine Öffnung, die in dem Dichtungsmaterial ausgebildet ist und deren Bodenfläche das optische Fenster ist. Eine gesamte Fläche des optischen Fensters ist nach außen freigelegt. An der Schnittstelle kann ein optisches Justageelement ausgebildet sein. Die Schnittstelle zwischen dem optischen Justageelement und der Außenseite ist in diesem Fall das optische Fenster.
  • Die JP 2011 - 119 925 A offenbart eine Linseneinheit, ein CCD und eine Treiberelektrode. Die Linseneinheit besteht aus Linsensubstraten mit Linsen. Die CCD ist im Mittelabschnitt eines CCD-Substrats über einen Träger angeordnet. Die Treiberelektrode ist auf einem Elektrodensubstrat gegenüber dem CCD-Substrat in einem vorbestimmten Abstand angeordnet. Die CCD wird in einer optischen Achse der Linseneinheit durch eine elektrostatische Kraft einer zwischen der Ansteuerelektrode und dem CCD-Substrat angelegten Spannung bewegt.
  • Die DE 10 2005 005 590 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Richten von Licht zu einem Lichtsensor und Herausfiltern einer Infrarotkomponente aus dem gerichteten Licht. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung ein Array aus Lichtsensoren, das auf dem Substrat angeordnet ist, wobei die Lichtsensoren wirksam sind, um Lichtintensität in ein Spannungssignal umzuwandeln. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Abdeckplatte, die über den Lichtsensoren derart angeordnet ist, dass die Abdeckplatte einen Hohlraum über dem Array aus Sensoren erzeugt. Die Vorrichtung umfasst ferner Filtermaterial, das zwischen der Abdeckplatte und den Lichtsensoren in dem Hohlraum angeordnet ist, der zwischen den Lichtsensoren und der Abdeckplatte gebildet ist. Das Filtermaterial ist wirksam, um das Licht zu filtern, das durch die Abdeckplatte fließt. Insbesondere kann bei einem Ausführungsbeispiel Licht mit Wellenlängen in dem Infrarotbereich herausgefiltert werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine optische Sensorchipvorrichtung nach Anspruch 1 und ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach Anspruch 11. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine optische Sensorchipvorrichtung mit mehreren optischen Sensorchips und entsprechenden optischen Einrichtungen, welche als Linseneinrichtungen ausgestaltet sind, mit entsprechender Aufbau- und Verbindungstechnik auf einer niedrigen, z.B. ersten, Verpackungsebene zu realisieren.
  • Dabei umfasst die erfindungsgemäße optische Sensorchipvorrichtung ein Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite, mindestens einen ersten optischen Sensorchip zum Erfassen eines ersten optischen Spektralbereichs, welcher an dem Substrat angebracht ist; und eine erste geschlossene Kaverne, welche oberhalb einer Oberseite des ersten optischen Sensorchips ausgebildet ist. Hierbei ist der erste optische Sensorchip auf einer ersten Seite der ersten Kaverne und eine erste optische Einrichtung auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Kaverne angeordnet. Des Weiteren umfasst die Sensorchipvorrichtung einen zweiten optischen Sensorchip zum Erfassen eines zweiten optischen Spektralbereichs und eine zweite geschlossene Kaverne, welche oberhalb einer Oberseite des zweiten optischen Sensorchips ausgebildet ist, wobei der zweite optische Sensorchip auf einer ersten Seite der zweiten Kaverne und eine zweite optische Einrichtung auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten Kaverne angeordnet ist. So lassen sich verschiedene Sensorchips platzsparend kombinieren.
  • Erfindungsgemäß ist der erste optische Sensorchip zum Erfassen sichtbaren Lichts und der zweite optische Sensorchip zum Erfassen elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich ausgebildet, wobei die entsprechenden optischen Einrichtungen Linseneinrichtungen sind. So lässt sich z.B. eine VIS/FIR-Kameravorrichtung kostengünstig realisieren.
  • Durch die Integration und Miniaturisierung ist es einerseits möglich, die Bauform zu verkleinern und andererseits, die Kosten zu reduzieren. Die Kostenreduktion erfolgt durch einen verringerten Aufwand in der Aufbau- und Verbindungstechnik, da kostengünstige Komponenten verwendet werden können und ein geringerer Aufwand bei Justage und Abgleich anfällt, da die Komponenten auf Mikrometer genau zueinander mechanisch positionierbar sind.
  • Des Weiteren wird durch die Erfindung ein modulares Konzept ermöglicht, da weitere Komponenten, wie z.B. ein Mikrocontroller zur Datenverarbeitung und/oder ein Sensor zur Realisierung einer Wake-up-Funktion, in die Vorrichtung integriert werden können.
  • Die Erfindung kann somit beispielsweise nicht nur als Thermografie-Kamera, sondern auch in der Sicherheitstechnik oder der Innenraumüberwachung eingesetzt werden, ohne dass viel Strom verbraucht oder ein großer Datenverkehr erzeugt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Sensorchips über ihre jeweilige Unterseite auf die Vorderseite des Substrats gebondet, wobei die jeweilige Kaverne seitlich durch eine jeweilige Umrandung begrenzt ist, die auf der Vorderseite des Substrats angebracht ist. So lässt sich eine Verpackung selbstausgerichtet herstellen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Sensorchips über ihre jeweilige Oberseite auf die Rückseite des Substrats gebondet, wobei die jeweilige Kaverne seitlich zumindest bereichsweise durch ein jeweiliges durch das Substrat führendes Durchgangsloch begrenzt ist. So lässt sich eine besonders platzsparende Anordnung erreichen, insbesondere wenn die jeweilige optische Einrichtung auf der Vorderseite des Substrats am zugehörigen Durchgangsloch angebracht ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die jeweilige Kaverne oberhalb des Substrats seitlich durch eine jeweilige Umrandung, welche sich an das Durchgangsloch anschließt und die auf der Vorderseite des Substrats angebracht ist, begrenzt. So lässt sich gegebenenfalls der Abstand zwischen optischem Sensorchip und optischer Einrichtung genau einstellen. Dadurch kann, insbesondere bei optischen Einrichtungen, bei denen ein großer Abstand nötig ist, beispielsweise bei Linsen mit großer Brennweite, der benötigte Abstand zum Beispiel durch Verwendung von Kunststoff für die Umrandungen kostengünstig realisiert werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die optischen Sensorchips jeweilige Durchkontaktierungen auf, welche von der jeweiligen Oberseite zur jeweiligen Unterseite des optischen Sensorchips führen, und welche auf entsprechende Durchkontaktierungen des Substrats gebondet sind. So lässt sich eine einfache Rückseitenkontaktierung der gesamten Sensorchipvorrichtung realisieren.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf der Oberseite mindestens eines optischen Sensorchips eine Kappe ausgebildet ist, welche einen Hohlraum mit einer vorbestimmten Atmosphäre, insbesondere ein Vakuum, einschließt. Dies ist für die Funktion bestimmter Sensorchips günstig.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform überdeckt die jeweilige seitliche Umrandung zumindest bereichsweise die zugehörigen Sensorchips. So lässt sich gleichzeitig eine Randpassivierung und zusätzlich eine Streulichtbarriere schaffen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an dem Substrat eine Wake-up-Chipvorrichtung und/oder ein Mikro-Controller angebracht. Dies erhöht den Integrationsgrad weiter. Dieser Wake-up-Sensor kann beispielsweise ein akustischer, ein kapazitiver oder ein optischer Sensor, wie etwa ein pyroelektrischer Sensor, oder ein Bewegungssensor sein. Der Mikro-Controller kann z.B. zur Datenkompression verwendet werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat ein Halbleitersubstrat oder Glassubstrat und die jeweilige Umrandung ein Moldcompound. Vorzugsweise ist das Substrat ein Premoldgehäuse.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • 1a-d schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung einer optischen Sensorchipvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar 1a eine horizontale Schnittdarstellung, 1b eine vertikale Schnittdarstellung entlang der Linie W-W' in 1a, 1c eine vertikale Schnittdarstellung entlang der Linie Y-Y' in 1a und 1d eine vertikale Schnittdarstellung entlang der Linie X-X` in 1a;
    • 2 eine schematische vertikale Schnittdarstellung zur Erläuterung einer optischen Sensorchipvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in analoger Darstellung zu 1b;
    • 3 eine schematische vertikale Schnittdarstellung zur Erläuterung einer optischen Sensorchipvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in analoger Darstellung zu 1b; und
    • 4 eine schematische vertikale Schnittdarstellung zur Erläuterung einer optischen Sensorchipvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in analoger Darstellung zu 1b.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
  • 1a-d sind schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung einer optischen Sensorchipvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zwar 1a eine horizontale Schnittdarstellung, 1b eine vertikale Schnittdarstellung entlang der Linie W-W' in 1a, 1c eine vertikale Schnittdarstellung entlang der Linie Y-Y' in 1a und 1d eine vertikale Schnittdarstellung entlang der Linie X-X` in 1a.
  • Die optische Sensorchipvorrichtung A gemäß der ersten Ausführungsform umfasst, bezugnehmend auf 1a, ein Substrat 10, welches zum Beispiel aus Silizium, Keramik, Glas oder ähnlichen Materialien bestehen und eine Dicke von einigen 100 µm bis einigen 10 mm aufweisen kann. An dem Substrat 10 sind ein VIS-Array-Chip 3, ein FIR-Array-Chip 13, ein Wake-up-Chip 27 und ein Mikrocontroller 26 beabstanded voneinander angebracht und elektrisch kontaktiert. Der VIS-Array-Chip 3 ist von einer ersten Umrandung 5 umgeben, der FIR-Array-Chip 13 und der Wake-up-Chip 27 sind von einer zweiten Umrandung 15 umgeben.
  • Der VIS-Array-Chip 3 ist dabei ein Chip zur Erfassung sichtbaren Lichts (engl. visible light, VIS). Der FIR-Array-Chip 13 ist ein Chip zur Erfassung elektromagnetischer Signale im langwelligen Infrarotbereich (engl. far infrared, FIR). Der Wake-up-Chip 27 kann verwendet werden, um die optische Sensorchipvorrichtung aus einem energiesparenden Ruhemodus heraus zu aktivieren. Für die Umrandung 5, 15 ist ein rein mechanischer Interposer, z.B. aus Silizium, Kunststoff oder Metall, verwendbar, der Aufbau kann aber z.B. auch in einem so genannten Premold- oder Mold-Gehäuse erfolgen.
  • Gemäß 1b ist der VIS-Array-Chip 3 mit seiner Unterseite C3u an der Vorderseite Sv des Substrats 10 aufgebondet. An der Oberseite C3o des VIS-Array-Chips 3 befindet sich eine integrierte Sensoreinrichtung VISS zur Erfassung sichtbaren Lichts. Durch den VIS-Array-Chip 3 führen erste Durchkontaktierungen 4 von dessen Oberseite C3o zu dessen Unterseite C3u. Für diese ersten Durchkontaktierungen 4 und alle weiteren, später beschriebenen, Durchkontaktierungen sind verschiedene Technologien verwendbar, z.B. Metal-Vias, dotiertes Poly-Silizium oder Through-Silicon-Vias (TSV's) wie in der DE 10 2009 027 321 A1 bzw. der DE 10 2009 045 385 A1 beschrieben. Die ersten Durchkontaktierungen 4 treffen über erste Bondverbindungen 8 auf zweite Durchkontaktierungen 6 im Substrat 10.
  • Ein Teil der Oberseite C3o des VIS-Array-Chips 3 ist von der ersten Umrandung 5 bedeckt, ein anderer Teil der Oberseite C3o des VIS-Array-Chips 3 liegt innerhalb der ersten Kaverne 2.
  • An den Enden der zweiten Durchkontaktierungen 6 an der Rückseite Sr des Substrats 10 befinden sich erste Bondbereiche 7. So lassen sich die Chips 3, 13 von der Rückseite Sr her elektrisch kontaktieren. Oberhalb der Oberseite C3o des VIS-Array-Chips 3 befindet sich eine erste Kaverne 2, welche von der ersten Umrandung 5 umrandet ist. An der Seite der ersten Kaverne 2, welche der Oberseite C3o des VIS-Array-Chips 3 gegenüberliegt, ist die erste Kaverne 2 durch eine für sichtbares Licht konzipierte optische Linseneinrichtung 1 verschlossen.
  • An dem Substrat 10 ist außerdem ein FIR-Array-Chip 13 so aufgebondet, dass seine Unterseite C13u auf die Vorderseite Sv des Substrates 10 weist. Durch den FIR-Array-Chip 13 führen dritte Durchkontaktierungen 14 von der Oberseite C13o des FIR-Array-Chips 13 an die Unterseite C13u des FIR-Array-Chips 13. Dort treffen sie an zweiten Bondverbindungen 18 auf vierte Durchkontaktierungen 16, welche von der Vorderseite Sv des Substrats 10 auf die Rückseite Sr des Substrats 10 durch das Substrat 10 führen. Die vierten Durchkontaktierungen 16 enden an der Rückseite Sr des Substrats 10 an zweiten Bondbereichen 17.
  • Die Oberseite C13o des FIR-Array-Chips 13 weist eine Infrarot-Sensoreinrichtung FIRS auf. Oberhalb der Oberseite C13o des FIR-Array-Chips 13 befindet sich eine Kappe KAP, welche zusammen mit der Oberseite C13o des FIR-Array-Chips 13 einen Innenraum INN einschließt. Die Unterseite KAPu der Kappe KAP ist an der Oberseite C13o des FIR-Array-Chips 13 angebracht. Der Innenraum INN ist dabei von unten durch die Oberseite C13o des FIR-Array-Chips 13, an den Seiten durch Kappenseitabschnitte KAPs der Kappe KAP und an der Oberseite durch die Kappeninnenseite KAPi der Kappe KAP begrenzt. Dieser Innenraum INN weist einen Niederdruck, vorzugsweise ein Vakuum auf, um beispielsweise die Erfassung von Infrarotstrahlung bei Bolometern ermöglichen.
  • Oberhalb der Kappenoberseite KAPo der Kappe KAP schließt sich eine zweite Kaverne 12 an. Die zweite Kaverne 12 ist an den Seiten von der zweiten Umrandung 15 begrenzt. Die zweite Kaverne 12 ist an der Seite, welche der Kappenoberseite KAPo gegenüberliegt, mit einer Infrarot-Linseneinrichtung 11 verschlossen.
  • Gemäß 1b ist ein Teil der Kappenoberseite KAPo von der zweiten Umrandung 15 bedeckt, ein anderer Teil der Kappenoberseite KAPo liegt innerhalb der zweiten Kaverne 12.
  • Gemäß 1c ist ein Wake-up-Chip 27 an seiner Unterseite C27u auf der Vorderseite Sv des Substrats 10 aufgebondet. An der Oberseite C27o des Wake-up-Chips 27 befindet sich eine pyroelektrische Sensoreinrichtung PEL. Durch den Wake-up-Chip 27 führen fünfte Durchkontaktierungen 34 von der Oberseite C27o des Wake-up-Chips 27 an die Unterseite C27o des Wake-up-Chips 27. An der Unterseite C27u des Wake-up-Chips 27 sind die fünften Durchkontaktierungen 34 über dritte Bondverbindungen 38 mit sechsten Durchkontaktierungen 36 verbunden, welche von der Vorderseite Sv des Substrats 10 an die Rückseite Sr des Substrats 10 führen, wo sie in dritten Bondbereichen 37 enden.
  • Gemäß 1c ist ein Teil der Kappenoberseite KAPo von den zweiten Umrandungsabschnitten 15 bedeckt, ein anderer Teil der Kappenoberseite KAPo liegt innerhalb der zweiten Kaverne 12. Zwischen dem Wake-up-Chip 27 und dem FIR-Array-Chip 13 befindet sich ein Zwischenraum 40. Die Infrarot-Linseneinrichtung 11 weist einen Bereich mit einer Facettenstruktur 42 der Infrarot-Linseneinrichtung 11 oberhalb des Wake-up-Chips 27 und einen Bereich mit einer Linsenstruktur 43 der Infrarot-Linseneinrichtung 11 oberhalb des FIR-Array-Chips 13 auf.
  • Gemäß 1d ist an der Vorderseite Sv des Substrats 10 ein Mikrocontroller 26 über die Mikrocontroller-Unterseite 55 aufgebondet. Der Mikrocontroller 26 weist dabei siebte Durchkontaktierungen 51 auf, welche von der Mikrocontroller-Oberseite 54 an die Mikrocontroller-Unterseite 55 führen. An der Mikrocontroller-Unterseite 55 enden die siebten Durchkontaktierungen 51 in vierten Bondverbindungen 52, wo sie mit achten Durchkontaktierungen 53 verbunden sind. Die achten Durchkontaktierungen 53 führen von der Vorderseite Sv des Substrats 10 an die Rückseite Sr des Substrats und enden in vierten Bondbereichen 57.
  • Im Betrieb können Signale auf Basis der erfassten elektromagnetischen Signale von den optischen Chips 3, 13 ausgegeben und im Mikrocontroller weiter verarbeitet werden. Die optische Chipsensorvorrichtung kann mit Hilfe des Mikrocontrollers auch so eingestellt werden, dass sie unter vorbestimmten Bedingungen in einen Ruhezustand übergeht, in dem sie z.B. weniger Datenverkehr verursacht und weniger Strom verbraucht. Der Wake-up-Sensor kann dazu dienen, das System unter vorbestimmten Bedingungen, z.B. beim Erfassen einer Wärmequelle, wieder in den Bereitschaftsmodus zu versetzen.
  • 2 ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung zur Erläuterung einer optischen Sensorchipvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in analoger Darstellung zu 1b.
  • Die optische Sensorchipvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist mit Bezugszeichen B bezeichnet. Gemäß 2 ist ein VIS-Array-Chip 103 an der Rückseite Sr' eines Substrats 110 so angebracht, dass die Oberseite C103o des VIS-Array-Chips 103 zum Substrat 110 weist. Das Substrat 110 kann aus Silizium, Keramik, Glas oder ähnlichen Materialien bestehen und eine Dicke von einigen 100 µm bis einigen 10 mm annehmen.
  • Die Oberseite C103o des VIS-Array-Chips 103 weist dabei eine Sensoreinrichtung VISS' zur Erfassung sichtbaren Lichts auf. An einem Teil der Oberseite C103o des VIS-Array-Chips 103 befinden sich erste Bondbereiche 131a, welche über erste Durchkontaktierungen 132a durch das Substrat 110 hindurch elektrisch mit einer Umverdrahtung 130 verbunden ist.
  • An einem anderen Bereich der Oberseite C103o des VIS-Array-Chips 103 befinden sich zweite Bondbereiche 131b, welche elektrisch mit zweiten Durchkontaktierungen 132b durch das Substrat 110 hindurch verbunden sind. Der VIS-Array-Chip 103 weist außerdem eine Unterseite C103u auf.
  • Oberhalb der Oberseite C103o des VIS-Array-Chips 103 erstreckt sich eine erste Kaverne. Ein überwiegender Teil der ersten Kaverne 102 wird dabei von einem ersten Durchgangsloch DL102 gebildet, welches von der Vorderseite Sv' des Substrats 110 bis zur Rückseite Sr' des Substrats 110 führt. Eine Umrandung 105, welche die erste Kaverne 102 seitlich begrenzt, ist dabei durch entsprechende Abschnitte des Substrats 110 gebildet. Die Seite der ersten Kaverne 102, welche der Oberseite C103o des VIS-Array-Chips 103 gegenüberliegt, ist durch eine für sichtbares Licht konzipierte optische Linseneinrichtung 101 verschlossen.
  • Außerdem ist an der Rückseite Sr' des Substrats 110 ein FIR-Array-Chip 113 zum Erfassen elektromagnetischer Signale im Infrarotbereich so angebracht, dass die Oberseite C113o des FIR-Array-Chips 113 zum Substrat 110 weist. An seiner Oberseite C113o weist der FIR-Array-Chip 113 eine Infrarot-Sensoreinrichtung FIRS' auf. Der FIR-Array-Chip 113 weist außerdem eine Unterseite C113u auf.
  • Auf Bereichen der Oberseite C113o des FIR-Array-Chips 113 befinden sich dritte und vierte Bondbereiche 131c und 131d, welche elektrisch mit entsprechenden dritten und vierten Durchkontaktierungen 132c und 132d verbunden sind. Auf der Oberseite C113o des FIR-Array-Chips 113 befindet sich außerdem die Kappe KAP', welche zusammen mit der Oberseite C113o des FIR-Array-Chips 113 einen Innenraum INN' einschließt. Dabei ist die Unterseite KAPu` der Kappe KAP' an der Oberseite C113o des FIR-Array-Chips 113 angebracht. Der Innenraum INN' wird dabei von unten durch die Oberseite C113o des FIR-Array-Chips 113, an den Seiten von Kappenseitabschnitten KAPs' der Kappe KAP' und an der Oberseite von der Kappeninnenseite KAPi' der Kappe KAP' begrenzt. Der Druck im Innenraum INN' ist ein Niederdruck, vorzugsweise ein Vakuum.
  • Die Kappenoberseite KAPo' der Kappe KAP' liegt innerhalb einer zweiten Kaverne 112 mit einer zweiten Kavernenbegrenzung 112i. Die zweite Kaverne 112 besteht ebenfalls zum überwiegenden Teil aus einem zweiten Durchgangsloch DL112, welches von der Vorderseite Sv' durch das Substrat 110 an die Rückseite Sr' des Substrats 110 führt. Eine Umrandung 115, welche die zweite Kaverne 112 begrenzt, ist dabei durch entsprechende Abschnitte des Substrats 110 gebildet.
  • Die Seite der zweiten Kaverne 112, welche der Oberseite C113o des FIR-Array-Chips 113 gegenüberliegt, ist von einer Infrarot-Linseneinrichtung 111 verschlossen.
  • 3 ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung zur Erläuterung einer optischen Sensorchipvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in analoger Darstellung zu 1b.
  • Die optische Sensorchipvorrichtung C gemäß der dritten Ausführungsform ist eine Variante der zweiten Ausführungsform.
  • Dabei ist an der Rückseite Sr' des Substrats 110 eine Kappe KAP'' mit der Oberseite KAPo" der Kappe KAP" so angebracht, dass sie die Seite der zweiten Kaverne 112, welche der Infrarot-Linseneinrichtung 111 gegenüberliegt, überdeckt. An der Oberseite KAPo'' der Kappe KAP'' befinden sich dritte und vierte Bondbereiche 133a, 133b, welche elektrisch leitend jeweils mit den dritten und vierten Durchkontaktierungen 132c, 132d verbunden sind.
  • An der dem Substrat 110 abgewandten Seite sind die dritten und vierten Bondbereiche 133a, 133b entsprechend mit fünften und sechsten Durchkontaktierungen 150a, 150b verbunden. Die fünften und sechsten Durchkontaktierungen 150a, 150b führen von der Kappenoberseite KAPo'' durch die Kappe KAP'' an die Kappenunterseite KAPu'', auf der mit seiner Oberseite C113o'' der FIR-Array-Chip 113'' angebracht ist. Der FIR-Array-Chip 113'' weist außerdem eine Unterseite C113u'' auf. Die Kappeninnenseite KAPi'' der Kappe KAP'' schließt dabei zusammen mit der Oberseite C113o'' das FIR-Array-Chips 113'' einen Innenraum INN'' ein.
  • Der Innenraum INN'' wird dabei von unten durch die Oberseite C113o'' des FIR-Array-Chips 113'', an den Seiten vom Kappenseitabschnitt KAPs'' der Kappe KAP'' und von oben durch die Kappeninnenseite KAPi'' begrenzt. Der Druck im Innenraum INN'' ist ein Niederdruck, vorzugsweise ein Vakuum. Der Bereich der Oberseite C113o'' des FIR-Array-Chips 113'', welcher die untere Begrenzung des Innenraums INN'' bildet, weist eine Infrarot-Sensoreinrichtung FIRS'' auf.
  • 4 ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung zur Erläuterung einer optischen Sensorchipvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in analoger Darstellung zu 1a.
  • Die optische Sensorchipvorrichtung D gemäß der vierten Ausführungsform ist eine weitere Variante der zweiten Ausführungsform.
  • Im Unterschied zur zweiten Ausführungsform sind bei der vierten Ausführungsform gemäß 4 dritte und vierte Umrandungen 155, 165 so auf der Vorderseite Sv' des Substrats 110 angebracht, dass eine erste Kaverne 202 durch die erste Umrandung 105, welche Teil des Substrats 110 ist, sowie durch die auf dem Substrat 110 aufgebrachte dritte Umrandung 155 begrenzt ist und eine zweite Kaverne 212 durch die zweite Umrandung 115, welche Teil des Substrats 110 ist, sowie durch die auf dem Substrat 110 aufgebrachte vierte Umrandung 165 begrenzt ist.
  • Die Seite der ersten Kaverne 202, welche der Oberseite C103o des VIS-Array-Chips 103 gegenüberliegt, ist durch eine für sichtbares Licht konzipierte optische Linseneinrichtung 201 verschlossen. Die Seite der zweiten Kaverne 212, welche der Oberseite C113o des FIR-Array-Chips 113 gegenüberliegt, ist mit einer Infrarot-Linseneinrichtung 211 verschlossen.

Claims (13)

  1. Optische Sensorchipvorrichtung mit • einem Substrat (10; 110) mit einer Vorderseite (Sv; Sv') und einer Rückseite (Sr; Sr'); • mindestens einem ersten optischen Sensorchip (3, 103) zum Erfassen eines ersten optischen Spektralbereichs, welcher an dem Substrat (10; 110) angebracht ist; und • einer ersten geschlossenen Kaverne (2; 102; 202), welche oberhalb einer Oberseite (C3o; C103o) des ersten optischen Sensorchips (3; 103) ausgebildet ist; wobei der erste optische Sensorchip (3; 103) auf einer ersten Seite der ersten Kaverne (2; 102; 202) und eine erste optische Einrichtung (1; 101; 201) auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Kaverne (2; 102; 202) angeordnet ist, • einem zweiten optischen Sensorchip (13; 113; 113") zum Erfassen eines zweiten optischen Spektralbereichs und • einer zweiten geschlossenen Kaverne (12; 112; 212), welche oberhalb einer Oberseite (C113o; C113o'') des zweiten optischen Sensorchips (13; 113; 113") ausgebildet ist, wobei der zweite optische Sensorchip (13; 113 ; 113") auf einer ersten Seite der zweiten Kaverne (12; 112; 212) und eine zweite optische Einrichtung (11; 111; 211) auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten Kaverne (102; 112; 212) angeordnet ist, wobei der erste optische Sensorchip (3; 103) zum Erfassen sichtbaren Lichts und der zweite optische Sensorchip (13; 113; 113") zum Erfassen elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich ausgebildet ist und wobei die entsprechenden optischen Einrichtungen (1, 11; 101, 111; 201, 211) Linseneinrichtungen sind.
  2. Optische Sensorchipvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optischen Sensorchips (3; 13) über ihre jeweilige Unterseite (C3u, C13u) auf die Vorderseite (Sv) des Substrats (10) gebondet sind und die jeweilige Kaverne (2, 12) seitlich durch eine jeweilige Umrandung (5, 15) begrenzt ist, die auf der Vorderseite (Sv) des Substrats angebracht ist.
  3. Optische Sensorchipvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optischen Sensorchips (103; 113; 113") über ihre jeweilige Oberseite (C103o, C113o; C113o'') auf die Rückseite (Sr') des Substrats (110) gebondet sind und die jeweilige Kaverne (12; 112; 212) seitlich zumindest bereichsweise durch ein jeweiliges durch das Substrat (110) führendes Durchgangsloch (DL102, DL112) begrenzt ist.
  4. Optische Sensorchipvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die jeweilige optische Einrichtung (101; 111) auf der Vorderseite (Sv') des Substrats am zugehörigen Durchgangsloch (DL102, DL112) angebracht ist.
  5. Optische Sensorchipvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die jeweilige Kaverne (202, 212) oberhalb des Substrats (110) seitlich durch eine jeweilige Umrandung (155, 165), welche sich an das jeweilige Durchgangsloch (DL102, DL112) anschließt und die auf der Vorderseite (Sv') des Substrats (110) angebracht ist, begrenzt ist.
  6. Optische Sensorchipvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optischen Sensorchips (3; 13) jeweilige Durchkontaktierungen (4; 14) aufweisen, welche von der jeweiligen Oberseite (C3o, C13o) zur jeweiligen Unterseite (C3u, C13u) des optischen Sensorchips (3; 13) führen, und welche auf entsprechende Durchkontaktierungen (6;16) des Substrats (10) gebondet sind.
  7. Optische Sensorchipvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei auf der Oberseite (C13o; C113o; C113o'') mindestens eines optischen Sensorchips (13; 113; 113") eine Kappe (KAP; KAP`; KAP") ausgebildet ist, welche einen Hohlraum (INN, INN', INN'') mit einer vorbestimmten Atmosphäre einschließt.
  8. Optische Sensorchipvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die jeweilige seitliche Umrandung (5, 15) zumindest bereichsweise die zugehörigen Sensorchips (3; 13) überdeckt.
  9. Optische Sensorchipvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Substrat (10; 110) eine Wake-up-Chipvorrichtung (27) und/oder ein Mikro-Controller (26) angebracht ist.
  10. Optische Sensorchipvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Substrat (10) ein Halbleitersubstrat oder Glassubstrat ist und die jeweilige Umrandung (5, 15) ein Moldcompound ist.
  11. Verfahren zum Herstellen einer optischen Sensorchipvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit den Schritten: • Bereitstellen eines Substrats (10; 110) mit einer Vorderseite (Sv; Sv') und einer Rückseite (Sr; Sr'); • Anbringen von einem ersten optischen Sensorchip (3; 103) zum Erfassen sichtbaren Lichts und einem zweiten optischen Sensorchip (13; 113; 113'') zum Erfassen elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich an dem Substrat (10; 110); • Ausbilden einer ersten geschlossenen Kaverne (2; 102; 202) oberhalb einer Oberseite (C3o; C103o) des ersten optischen Sensorchips (3; 103); • wobei der erste optische Sensorchip (3; 103) auf einer ersten Seite der ersten Kaverne (2; 102; 202) und eine erste optische Einrichtung (1; 101; 201) auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der ersten Kaverne (2; 102; 202) angeordnet wird, und • Ausbilden einer zweiten geschlossene Kaverne (12; 112; 212) oberhalb einer Oberseite (C113o; C113o'') des zweiten optischen Sensorchips (13; 113; 113''), wobei der zweite optische Sensorchip (13; 113; 113'') auf einer ersten Seite der zweiten Kaverne (12; 112; 212) und eine zweite optische Einrichtung (11; 111; 211) auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite der zweiten Kaverne (102; 112; 212) angeordnet ist, wobei die entsprechenden optischen Einrichtungen (1, 11; 101, 111; 201, 211) als Linseneinrichtungen ausgebildet werden.
  12. Verfahren zum Herstellen einer optischen Sensorchipvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die optischen Sensorchips (3; 13) über ihre jeweilige Unterseite (C3u, C13u) auf die Vorderseite (Sv) des Substrats (10) gebondet werden und wobei eine jeweilige Umrandung (5, 15) auf der Vorderseite (Sv) des Substrats gebildet wird, wodurch die jeweilige Kaverne (2, 12) seitlich durch die jeweilige Umrandung (5, 15) begrenzt ist.
  13. Verfahren zum Herstellen einer optischen Sensorchipvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die optischen Sensorchips (103; 113; 113") über ihre jeweilige Oberseite (C103o, C113o; C113o'') auf die Rückseite (Sr') des Substrats (110) gebondet werden und wobei ein jeweiliges durch das Substrat (110) führendes Durchgangsloch (DL102, DL112) gebildet wird, wodurch die jeweilige Kaverne (12; 112; 212) seitlich zumindest bereichsweise durch das jeweilige Durchgangsloch (DL102, DL112) begrenzt ist.
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