JP2016042080A - デジタル放射センサパッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトで高性能のパッケージング設計を提供する。
【解決手段】放射検知装置は、垂直スタック構成において、放射センサチップ、放射センサチップの下の集積回路チップ、及び、放射センサチップの上の光学要素を含む。放射センサチップは、放射検知要素と、放射検知要素に結合されると共に下面で露出した導電性接点と、を有する。集積回路チップは、集積回路と、集積回路に結合されると共に上面で露出した導体と、を有する。放射センサチップの下面の導電性接点は、集積回路チップの上面の導体に物理的及び電気的に結合されている。光学要素は、放射検知要素が検知するように構成された波長の入射放射を通過させるように構成されている。
【選択図】図１Ａ

Description

本開示はデジタル放射センサパッケージに関し、より具体的には、スタック構成において、放射センサチップ、放射センサチップの下の集積回路チップ、及び放射センサチップの上の光学要素を含むデジタル放射センサパッケージに関する。

放射検知技術には様々なものがある。例えば、サーモパイルは熱エネルギを電気エネルギに変換する。典型的に、１つのサーモパイルは、通常は直列に接続されたいくつかの熱電対を含む。別の例として、フォトダイオードは光を電気エネルギに変換する。また、放射検知技術のために利用可能なパッケージング設計にも様々なものがある。

しかしながら、依然として、コンパクトで高性能のパッケージング設計に対する要望がある。

１つの態様において、放射検知装置は、垂直スタック構成において、放射センサチップ、放射センサチップの下の集積回路チップ、及び、放射センサチップの上の光学要素を含む。放射センサチップは、放射検知要素と、放射検知要素に結合されると共に下面で露出した導電性接点と、を有する。集積回路チップは、集積回路と、集積回路に結合されると共に上面で露出した導体と、を有する。放射センサチップの下面の導電性接点は、集積回路チップの上面の導体に物理的及び電気的に結合されている。光学要素は、放射検知要素が検知するように構成された波長の入射放射を通過させるように構成されている。

別の態様において、放射検知装置を製造する方法を開示する。この装置は、垂直スタック構成において、集積回路チップ、放射センサチップ及び光学要素を含む。方法は、放射センサチップであって、放射検知要素と、放射検知要素に結合されると共に放射センサチップの下面で露出した導電性接点と、を有する放射センサチップを提供することを含む。放射センサチップは、放射センサチップの下の集積回路に結合されている。集積回路チップは、集積回路と、集積回路に結合されると共に放射センサチップの下面に対向する集積回路チップの上面で露出した導体と、を有する。放射センサチップは、放射センサチップの上の光学要素に結合されている。光学要素は、放射検知要素が検知するように構成された波長の入射放射を通過させるように構成されている。放射センサチップを集積回路チップに結合することは、放射センサの下面の導電性接点を集積回路チップの上面の導体に物理的及び電気的に結合することを含む。

いくつかの実施において、以下の利点の１つ以上が存在する。

例えば、典型的な実施では、本明細書に開示する技法及び構造によって、特に従来の表面実装技術設計に比べ、高い性能可能性（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を提供する単純で小型かつ安価な全体的なパッケージ設計を提供することができる。これらの技法及び構造は、多種多様な用途に有利に適用することができる。そのような用途の例として、とりわけ体積及び高さが最も重要であるが高レベルの性能も要求されるか又は少なくとも著しく望まれるモバイルエレクトロニクスプラットフォームが挙げられる。

例えばサーモパイルを利用するもの等のいくつかの実施は、ソフトウェアアプリケーションと組み合わせて用いることで、電話をかけるユーザの皮膚測定、周囲温度の測定（例えば物体は冷たいか又は熱い場合がある）、及び人の近接に基づいた目覚ましトリガを容易にすることができる。例えばフォトダイオードを利用するもの等のいくつかの実施を用いて、小さいジェスチャ検知（例えば検知対象領域を照明する発光ダイオードを用いる）を容易にすることができる。多数の画素（例えば２つ又は４つ）を用いて、位置又は方向の検知を容易にすることができる。

典型的な実施において、本明細書に開示した技法及び構造は、感度に大きく影響するセンサのアクティブ（検知）領域を犠牲にすることなく、全体的なパッケージ体積の小型化を促進し、更に、チップ上で特定用途向け集積回路のための適正な領域を確保して、ＡＳＩＣコントローラ回路内でハイエンドのセンサ信号処理アルゴリズムを実行することができる。

記載及び図面から、更に特許請求の範囲から、他の特徴及び利点も明らかとなろう。

放射センサアセンブリの概略側面図である。 図１Ａの放射センサアセンブリの切取平面図である。 放射センサアセンブリの概略側面図である。 図２Ａの放射センサアセンブリの切取平面図である。 放射センサアセンブリの概略側面図である。 図３Ａの放射センサアセンブリの切取平面図である。 放射センサアセンブリの概略側面図である。 図４Ａの放射センサアセンブリの切取平面図である。 放射センサアセンブリの概略側面図である。 図５Ａの放射センサアセンブリの切取平面図である。 放射センサアセンブリの概略側面図である。 図６Ａの放射センサアセンブリの切取平面図である。 放射センサアセンブリの概略側面図である。 図７Ａの放射センサアセンブリの切取平面図である。 放射センサアセンブリの概略側面図である。 図８Ａの放射センサアセンブリの切取平面図である。 様々な製造段階における放射検知装置を示す一連の概略断面図である。 様々な製造段階における放射検知装置を示す一連の概略断面図である。 様々な製造段階における放射検知装置を示す一連の概略断面図である。 様々な製造段階における放射検知装置を示す一連の概略断面図である。 様々な製造段階における放射検知装置を示す一連の概略断面図である。 寸法をミリメートル単位で示す例示的な集積回路チップの概略断面図である。

同様の参照番号は同様の要素を示す。

図１Ａは、スタック構成において、放射センサチップ１０２（例えば単一のサーモパイルを含むもの）、放射センサチップ１０２の下の集積回路チップ１０４、及び、放射センサチップ１０２の上の光学要素１０６を含む放射センサアセンブリ１００を示す。例示する実施において、放射センサチップ１０２、集積回路チップ１０４、及び光学要素１０６は、相互に垂直方向で実質的に位置合わせされている。より具体的には、放射センサチップ１０２及び集積回路チップ１０４は、スタック構成のこれらのコンポーネント間の直接的な電気的接続を容易にするように位置合わせされている。更に、放射センサチップ１０２及び光学要素１０６は、アセンブリ１００の光軸に対して放射検知要素を適切に位置決めして適切な検知機能を確実に与えることを保証するように位置合わせされている。図示する具体例では、例示するコンポーネントの各外縁も相互に位置合わせされている。

典型的な実施において、このスタック構成、及び本明細書の他の部分で記載するもの等の他のスタック構成は、単純でコンパクトかつ安価なセンサアセンブリ設計を提供する。更に、典型的な実施において、センサ設計は高い性能可能性を提供する。その理由として、１つには、大きい表面積を放射検知要素の収容のために利用できること、及び／又は、大きい空間量を集積回路の収容のために利用できること、が挙げられる。大きい空間量の結果として、集積回路は、複雑な信号処理及びインタフェース機能をサポートするように設計することができる。

更に、典型的な実施において、本明細書に開示する概念は、低い高さのパッケージの全デジタル出力の赤外線又は近赤外線センサを提供する。典型的な実施において、例えば図１Ａの高さ（「ｈ」）、すなわちパッケージ全体の厚さは、約１．０ミリメートルである（例えば約０．６ｍｍから１．４ｍｍの間、又は約０．９ｍｍから１．１ｍｍの間）。ジェスチャ、動き、温度、及び近接の測定を容易にするため、センサ内に多数の検知要素（例えば２つ、３つ、４つ以上）を含む選択肢もある。この技術は、とりわけ体積及び高さが最も重要であるが高レベルの性能も要求されるモバイルエレクトロニクスプラットフォームにおいて、特に望ましい場合がある。

放射センサチップ１０２は、集積回路チップ１０４と光学要素１０６との間の中央に配置されている。放射センサチップ１０２は、放射を検知し、検知した放射を表す電気信号を集積回路チップ１０４に送出することができる。

放射センサチップ１０２は基板１０８を有し、基板１０８は、その一部を貫通して中央に配置された開口１１０を画定する。放射センサチップ１０２は更に、中央に配置された開口１１０をへだてて開口１１０の底部に延在する膜１１２を有する。開口は典型的に、センサ領域（すなわち、１つ又は複数の放射検知要素が放射を受ける開口底部の領域）を最大化するようなサイズに形成される。いくつかの実施において、センサアセンブリ１００の全長（図では「Ｌ」）は約１．０ｍｍであり（例えば約０．８ｍｍから１．６ｍｍ）、開口１１０の幅は約０．７ｍｍである（例えば約０．５ｍｍから１．３ｍｍの間、又は約０．６ｍｍから０．８ｍｍの間）。

放射センサチップ１０２の基板１０８は、実質的にいかなるタイプの材料でもよい。典型的には、基板は、基板１０８の厚い方の壁部分１１６に適度な構造的剛性を与えることができると共に、基板１０８の薄い方の膜１１２部分の底面の放射検知要素１１４にある程度の熱的分離を与えることができる材料でなければならない。いくつかの実施において、放射センサチップ１０２の基板１０８はシリコンである。膜は、放射検知要素１１４が検知するように設計されている放射のいかなる波長に対しても少なくとも実質的に透過性でなければならない。例えば放射検知要素が赤外線センサである場合、検知対象の放射は約７００ナノメートルから約１０００ミクロンまでの波長を含み得る。例えば放射検知要素がフォトダイオードである場合、検知対象の放射は約０．２ミクロンから約３．５ミクロンまでであり得る。

膜１１２の底面に放射検知要素１１４がある。放射検知要素１１４は、実質的にいかなる種類の放射検知要素としてもよい。例えばいくつかの実施において、放射検知要素１１４はサーモパイルである。一般に、サーモパイルは熱エネルギを電気エネルギに変換する電子デバイスである。これは概して、いくつかの熱電対から構成され、これらは通常は直列に、又はあまり一般的でないが並列に電気的に接続されて、単一の直流（ＤＣ）出力を生成する。別の例として、いくつかの実施では放射検知要素１１４はフォトダイオードである。一般に、フォトダイオードは、露光されると電位差又は電気抵抗の変化を生じる半導体ダイオードである。いくつかの実施において、放射センサ要素１１４は、相互に直列及び／又は並列に接続された多数のサーモパイル、フォトダイオード等を含むことができる。いくつかの実施において、アクティブ検知要素１１４の下に一体的に追加の赤外線吸収層が含まれてもよい（図示せず）。この吸収層は、光学要素１０６に入射して膜１１２及び検知要素１１４を通った赤外線放射を吸収する。吸収された放射は検知要素１１４の温度を上昇させ、これによって、入射放射に応じた出力信号を誘導する。

例示する実施において、放射検知要素１１４は、この放射検知要素１１４が検知した放射量に対応する出力電圧を生成するように構成されている。放射検知要素１１４は、集積回路チップ１０４に対向する放射センサチップ１０２の底面の１対の導電性出力接点１１８に電気的に結合されている。各導電性出力接点１１８は、基板１０８の底面の外縁の近くにある。動作の間、放射検知要素からの出力電圧は、導電性出力接点１１８を通って現れる。

典型的な実施において、放射センサチップ１０２の全厚（すなわち図示する例の上部から底部まで）は、約０．４ミリメートル（例えば約０．３ｍｍから約０．５ｍｍ、又は約０．３５ｍｍから約０．４５ｍｍ）である。

集積回路チップ１０４は放射センサチップ１０２の下にある。集積回路チップ１０４は、放射センサチップ１０２から受信した電気信号を処理し、外部回路（図示せず）と接続して動作することができる。

集積回路チップ１０４は基板１２０を有する。集積回路チップ１０４の基板１２０は実質的にいかなる材料としてもよい。典型的に、基板１２０は、集積回路チップ１０４に適度な構造的剛性を与えることができる材料でなければならない。また、基板１２０は、集積回路にある程度の保護を与えるのに適した材料でなければならない。典型的な実施において、集積回路チップ１０４の基板１２０はシリコンである。

集積回路チップ１０４の基板１２０は、放射センサチップ１０２に対向する上面において内部キャビティ１２２を画定する。内部キャビティ１２２は、例えば図１Ａに示すように集積回路チップ１０４が放射センサチップ１０２に物理的に結合された場合に、放射検知要素１１４の（少なくとも一部の）下に内部キャビティ１２２が空きスペースを提供するように構成されている。この空きスペースは、放射検知要素１１４を適切に熱的に分離して確実にその検知機能を発揮させるのに役立つ。

基板１２０の内部に、又は基板１２０に物理的に結合されて、集積回路（図示せず）が存在する。集積回路は、実質的にいかなる種類の集積回路としてもよく（例えばＣＭＯＳベースの回路）、例えば放射センサチップ１０２からの電気信号の処理を促進するように、及び／又は外部回路コンポーネント（図示せず）に接続するように適合させることができる。集積回路は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）とすることができる。一般にＡＳＩＣは、汎用を目的とするのではなく、特定の用途向けにカスタマイズされた集積回路である。

集積回路チップ１０４の基板１２０を、シリコン貫通電極（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｉｌｉｃｏｎ ｖｉａ）１２４が貫通している。各シリコン貫通電極の上端１２６は、基板１２０の上面で露出し、放射センサチップ１０２の底面の導電性接点１１８の１つに（例えばはんだ付け等によって）接合されている。シリコン貫通電極は、集積回路チップ１０４の基板１２０の内部にあるか又は基板１２０に結合された集積回路に電気的に結合されている。典型的な実施において、集積回路チップ１０４は、１画素当たり（例えば１放射検知要素当たり）２つのシリコン貫通電極を有する。

集積回路チップ１０４の底面に電気的接続１２８がある。典型的な実施において、これらの電気的接続１２８は、プリント回路基板（図示せず）上の対応する電気接点に（例えばはんだ付け等によって）物理的及び電気的に結合されている。集積回路チップ１０４は、電気的接続１２８を介して、（例えばプリント回路基板上又は他の場所の）外部回路と接続して動作することができる。電気的接続１２８は実質的にいかなる種類の電気的接続としてもよい（例えばはんだバンプ等）。図示する例では、センサアセンブリ１００のほぼ底面全体を接続１２８に充てることができる。

典型的な実施において、集積回路チップ１０４の全厚（すなわち図示する例の上部から底部まで）は、約０．３ｍｍ（例えば約０．２ｍｍから約０．４ｍｍ、又は約０．２５ｍｍから約０．３５ｍｍ）である。

光学要素１０６は放射センサチップ１０２の上にある。光学要素は、放射検知要素１１４が検知するように設計されている放射のいかなる波長に対しても少なくとも実質的に透過性であれば、実質的にいかなる種類の材料としてもよい。例えば様々な実施において、光学要素は、レンズ（例えばフレネルレンズ又はドームレンズ）とするか又はこれを含むことができ、光フィルタリング機能を含むことができ、開口を含むか又は開口そのものとすることができ、コーティングしてもコーティングしないままとしてもよく、１つ以上のアパーチャを有するカバーを含むことができる。光学要素１０６は、シリコン又は他のいずれかの適切な材料で作成すればよい。

典型的な実施において、光学要素１０６の全厚（すなわち図示する例の上部から底部まで）は約０．２ｍｍから約０．３ｍｍである。

図１Ｂは、図１Ａのセンサアセンブリの断面の概略平面図であり、センサアセンブリ１００の全設置面積に対する１画素（すなわち放射検知要素が占める空間）の相対的なサイズ及びレイアウトを示す。

典型的な実施において、センサアセンブリ１００全体の設置面積は正方形又は矩形であり、各辺は約１．０ミリメートルから１．６ミリメートルである。いくつかの例では、辺は１．０ミリメートルより小さい場合がある。

動作の際、放射（例えば周囲の赤外線放射又は近赤外線放射等）は、光学要素１０６からセンサアセンブリ１００に入射し、放射センサチップ１０２の開口１１０を通過し、放射センサチップ１０２の膜１１２を貫通して、膜１１２の下側の放射検知要素及び吸収部１１４に衝突する。

放射検知要素及び吸収部１１４は、衝突した放射に反応して、衝突した放射を表す電気出力信号を生成する。電気出力信号は、放射センサチップ１０２の底部の導電性出力接点を通って現れ、シリコン貫通電極１２４によって集積回路チップ１０４内の集積回路に送出される。

典型的な実施において、集積回路チップ１０４上の集積回路は、受信したいかなる電気信号も処理し、底面の電気的接続１２８を介して、プリント回路基板と、更にプリント回路基板上又は他の場所にある外部回路要素と、接続して動作する。

図１Ａ及び図１Ｂに示す実施（すなわち単一の放射検知要素を有し、アパーチャは存在しない）は、放射検知要素センサに極めて大きい視野を与え、例えば監視空間内の物体（例えば人の顔又は他の身体部分）の温度測定を含む多種多様な用途に用いることができる。

図２Ａは、図１Ａに示した放射センサアセンブリ１００と多くの点で類似した放射センサアセンブリ２００を示す。例えば図２Ａの放射センサアセンブリ２００は、スタック構成において、放射センサチップ１０２、放射センサチップ１０２の下の集積回路チップ１０４、及び放射センサチップ１０２の上の光学要素２０６を含む。更に、放射センサチップ１０２、集積回路チップ１０４、及び光学要素２０６は、相互に垂直方向で実質的に位置合わせされている。図示する例では、それらの各外縁も位置合わせされている。

図２Ａの放射センサアセンブリ２００と図１Ａの放射センサアセンブリ１００との主な相違点は、図２Ａの放射センサアセンブリ２００の光学要素２０６が、アパーチャ２３２を画定するカバー２３０を有することである。典型的な実施において、カバー２３０は、放射検知要素が検知することができる放射の通過を阻止するか又は少なくとも実質的に阻止する材料で作成される。カバーのアパーチャ２３２は、放射センサアセンブリ２００による監視空間内の限られた視野を与える。

図２Ｂは、図２Ａのセンサアセンブリ２００の断面の概略平面図であり、センサアセンブリ２００の全設置面積に対する１画素（すなわち放射検知要素が占める空間）の相対的なサイズ及びレイアウトを示す。

図３Ａは、図２Ａに示した放射センサアセンブリ２００と多くの点で類似した放射センサアセンブリ３００を示す。例えば図３Ａの放射センサアセンブリ３００は、スタック構成において、放射センサチップ３０２、放射センサチップ３０２の下の集積回路チップ３０４、及び放射センサチップ３０２の上の光学要素２０６を含む。放射センサチップ３０２、集積回路チップ３０４、及び光学要素２０６は、相互に垂直方向で実質的に位置合わせされて、例えばそれらの各外縁も位置合わせされるようになっている。更に、光学要素２０６は、アパーチャ２３２を画定するカバー２３０を有する。

図３Ａの放射センサアセンブリ３００と図２Ａの放射センサアセンブリ２００との主な相違点は、図３Ａの放射センサアセンブリ３００の放射検知チップ３０２が、１つでなく２つの放射検知要素３１４ａ、３１４ｂ（例えば２つのサーモパイル、又は２つの「画素」）を有することである。２つの画素は膜１１２の下面で横に並び、各々は膜１１２上で他方とほぼ同じ空間量を占める。

例示する構成（２つの画素を有し、アパーチャを有する）の結果として、各画素は監視空間の異なる部分を「調べる（ｌｏｏｋ ｉｎｔｏ）」。具体的には、動作の間、画素３１４ａは「Ａ」と表記した監視空間の部分を「調べ」、画素３１４ｂは「Ｂ」と表記した監視空間の部分を「調べる」。典型的な実施において、放射センサアセンブリ（例えば放射センサチップ内の集積回路）は、ゾーン「Ａ」とゾーン「Ｂ」との間の動き（例えば様々なジェスチャ等を表す）を認識してこれに反応するように構成することができる。

図３Ａの放射センサアセンブリ３００のいくつかの実施において、放射センサチップ３０２は１画素当たり２つの導電性接点を有し（合計で４つの導電性接点）、集積回路チップ３０４も１画素当たり２つの露出導体を有する（合計で４つの露出導体）。組み立てられると、放射センサチップ３０２の４つの導電性接点の各々は、集積回路チップ３０４の４つの露出導体の対応する１つと整合する（そして、物理的及び電気的に接続される）。

図３Ｂは、図３Ａのセンサアセンブリ３００の断面の概略平面図であり、センサアセンブリ３００の全設置面積に対する２つの画素（すなわち２つの放射検知要素が占める空間）の相対的なサイズ及びレイアウトを示す。

図４Ａ及び図４Ｂは、図３Ａ及び図３Ｂに示した放射センサアセンブリ３００と多くの点で類似した放射センサアセンブリ４００を示すが、図４Ａ及び図４Ｂの放射センサアセンブリ４００は、２つのみでなく４つの画素４１４ａ〜４１ｄ（例えば４つのサーモパイル）を有する点が異なる。４つの画素４１４ａ〜４１４ｄは２ｘ２のアレイに配列され、各画素は他の画素とほぼ同じサイズである。

例示する構成（４つの画素を有し、アパーチャを有する）の結果として、各画素は監視空間の異なる部分を「調べる」。具体的には、動作の間、画素４１４ａは「Ａ」と表記した監視空間の部分を「調べ」、画素４１４ｂは「Ｂ」と表記した監視空間の部分を「調べ」、画素４１４ｃは「Ｃ」と表記した監視空間の部分を「調べ」、画素４１４ｄは「Ｄ」と表記した監視空間の部分を「調べる」。典型的な実施において、放射センサアセンブリ４００（例えば放射センサチップ内の集積回路）は、ゾーンＡ〜Ｄ間の動き（例えば様々なジェスチャ等を表す）を認識してこれに反応するように構成することができる。更に、いくつかの実施において、放射センサアセンブリ４００は動きの速度及び方向を推定することができる。

図４Ａ及び図４Ｂの放射センサアセンブリ４００のいくつかの実施において、放射センサチップ４０２は１画素当たり２つの導電性接点を有し（合計で８つの導電性接点）、集積回路チップ４０４も１画素当たり２つの露出導体を有する（合計で８つの露出導体）。組み立てられると、放射センサチップ４０２の８つの導電性接点の各々は、集積回路チップ４０４の８つの露出導体の対応する１つと整合する（そして、物理的及び電気的に接続される）。

図４Ｂは、図４Ａのセンサアセンブリ４００の断面の概略平面図であり、センサアセンブリ４００の全設置面積に対する４つの画素（すなわち４つの放射検知要素が占める空間）の相対的なサイズ及びレイアウトを示す。

図５Ａは、図１Ａに示した放射センサアセンブリ１００と多くの点で類似した放射センサアセンブリ５００を示すが、図５Ａの放射センサアセンブリ５００の放射センサチップ５０２が、立方形（すなわち相互に直角な６つの矩形の面を有する固体）である基板５０８を有する点が異なる。いくつかの実施において、放射センサチップ５０２（及び／又は光学要素１０６）は、放射検知要素５１４に到達することができる放射を、典型的に放射検知要素が検知するように構成されたいかなる波長も含む特定範囲の波長のみに限定する（又はそう限定するように染料が加えられた（ｄｙｅｄ））材料で作成することができる。更に、典型的な実施において、基板５０８の底面の放射検知要素５１４はフォトダイオードである。

図５Ｂは、図５Ａのセンサアセンブリ４００の断面の概略平面図であり、センサアセンブリ５００の全設置面積に対する１画素（すなわち放射検知要素が占める空間）の相対的なサイズ及びレイアウトを示す。

図６Ａは、図５Ａに示した放射センサアセンブリ５００と多くの点で類似した放射センサアセンブリ６００を示すが、図６Ａの放射センサアセンブリ６００の光学要素６０６が、通過が可能な放射波長を限定するように構成されていない点が異なる。例示する設計の典型的な実施では、例えば存在を検知するために用いられ得る光測定のための大きな視野が与えられる。

図６Ｂは、図６Ａのセンサアセンブリ６００の断面の概略平面図であり、センサアセンブリ６００の全設置面積に対する１画素（すなわち放射検知要素が占める空間）の相対的なサイズ及びレイアウトを示す。

図７Ａは、図６Ａに示した放射センサアセンブリ６００と多くの点で類似した放射センサアセンブリ７００を示すが、図７Ａの放射センサアセンブリ７００が（１つだけでなく）２つの画素を有すること、図７Ａの放射アセンサアセンブリ７００が、光学要素７０６の特定部分にのみ放射を通過させることができるアパーチャ７３２を画定するカバー７３０を有すること、が異なる。

２つの画素は放射センサチップ７０２の基板５０８の下面で横に並び、各々は基板５０８上で他方とほぼ同じ空間量を占める。

例示する構成（２つの画素を有し、アパーチャを有する）の結果として、各画素は監視空間の異なる部分を「調べる」。具体的には、動作の間、画素７１４ａは「Ａ」と表記した監視空間の部分を「調べ」、画素７１４ｂは「Ｂ」と表記した監視空間の部分を「調べる」。典型的な実施において、放射センサアセンブリ（例えば放射センサチップ内の集積回路）は、ゾーン「Ａ」とゾーン「Ｂ」との間の動き（例えば様々なジェスチャ等を表す）を認識してこれに反応するように構成することができる。

いくつかの実施において、放射センサチップ７０２は１画素当たり２つの導電性接点を有し（合計で４つの導電性接点）、集積回路チップ１０４も、放射センサチップ接点に接続するために１画素当たり２つの露出導体を有する（合計で４つの露出導体）。組み立てられると、放射センサチップ７０２の４つの導電性接点の各々は、集積回路チップ１０４の４つの露出導体の対応する１つと整合する（そして、物理的及び電気的に接続される）。

図７Ｂは、図７Ａのセンサアセンブリ７００の断面の概略平面図であり、センサアセンブリ７００の全設置面積に対する２つの画素（すなわち２つの放射検知要素が占める空間）の相対的なサイズ及びレイアウトを示す。

図８Ａ及び図８Ｂは、図７Ａ及び図７Ｂに示した放射センサアセンブリ７００と多くの点で類似した放射センサアセンブリ８００を示す。しかしながら、図８Ａ及び図８Ｂの放射センサアセンブリ８００の放射センサチップ８０２は、２つでなく４つの画素８１４ａ〜８１４ｄ（例えば４つのフォトダイオード）を有する。４つの画素８１４ａ〜８１４ｄは２ｘ２のアレイに配列され、各画素は他の画素とほぼ同じサイズである。放射センサチップ８０２及び集積回路チップ８０４は、追加の画素に対応するのに充分な導電性経路を有する。

図９は、１つの例示的な製造プロセスに従った、様々な製造段階における放射検知装置を示す一連の断面図である。図示のように、例示的な製造プロセスの結果として得られる放射検知装置９００は、垂直スタック構成において、集積回路チップ９０４、放射センサチップ９０２（例えばサーモパイル９１４を有する）及び光学要素９０６を含む。

例示的なプロセスは、ステップ９５２において放射センサチップ９０２を提供することを含む。放射センサチップ９０２は、先に説明し図１Ａ及び図１Ｂに示した放射センサチップ１０２と多くの点で類似したものである。例えば放射センサチップ９０２は、図９には示していないが放射センサチップ９０２の上面上に位置する放射検知要素と、放射検知要素に結合されると共に放射センサチップ９０２の外側上面で露出した１対の導電性接点９１８（例えばパッド）と、を有する。更に、放射センサチップ９０２は基板９０８を有し、基板９０８は、その一部を貫通して中央に配置された開口９１０を画定する。放射センサチップ９０２は更に、中央に配置された開口９１０をへだてて開口９１０の上部に延在する膜９１２を有する。また、放射センサチップ９０２は、製造及び／又は動作中の圧力の問題を回避するのに役立つ膜９１２の切取部又は孔を有する。

次に、例示的な方法は、放射センサチップ９０２を集積回路チップ９０４に結合することを含む。集積回路チップ９０４は、先に説明し図１Ａ及び図１Ｂに示した集積回路チップ１０４と多くの点で類似したものである。具体的には、集積回路チップ９０４は、集積回路と、この集積回路に結合されると共に放射センサチップ９０２の外面に対向する集積回路チップ９０４の外側下面で露出した１対の導体９２４と、を有する。

図示する方法によれば、ステップ９５２において、放射センサチップ９０２上の導電性接点９１８の各々の上に、接合物質（例えばはんだバンプ９１９、銀エポキシドット等）を堆積する。いくつかの実施では、放射センサチップ９０２の導電性接点９１８上に、第２の銀エポキシドットのセットを堆積してもよい。

次にステップ９５４において、放射センサチップ９０２の上に、図示のように集積回路チップ９０４を位置決めする。この際、集積回路チップ９０４の各導体９２４の下方露出部分を、放射センサチップ９０２の導電性接点９１８上に堆積したはんだバンプ９１９の１つと物理的に接触させる。

ステップ９５６において、集積回路チップ９０４の底面（シリコン貫通電極が露出している）と放射センサチップ９０２の近接上面との間の空間に、エポキシ９２１（例えば紫外線硬化性又は熱硬化性エポキシ）を充填する。典型的な実施において、エポキシは非導電性である。エポキシは、適宜、紫外線放射又は熱に露呈させることで硬化し、この結果、放射センサチップ９０２及び集積回路チップ９０４は相互に物理的及び電気的に結合される。

次にステップ９５８において、組み合わせた放射センサチップ９０２及び集積回路チップ９０４を、光学要素ウェーハ９２３の上に、エポキシ（例えば紫外線硬化性又は熱硬化性エポキシ）のビード９２５を間にはさんで配置する。より具体的には、放射センサチップ９０２の下面が最終的に（エポキシによって）光学要素ウェーハ９２３に物理的に接合されるように、組み合わせた放射センサチップ９０２及び集積回路チップ９０４を配置する。いったん、組み合わせた放射センサチップ９０２及び集積回路チップ９０４を光学要素ウェーハ９２３の上のエポキシビード９２５上の所定位置に置いたら、エポキシビード９２５を硬化させる。

ステップ９６０において、ウェーハをダイシングして放射検知装置９００を形成する。装置９００は、垂直スタック構成において、放射センサチップ９０２、放射センサチップの第１の側の集積回路チップ９０４、及び、放射センサチップの（第１の側とは反対の）第２の側の光学要素９０６を含む。図示のように、得られたアセンブリ９００において、放射センサチップ９０２、集積回路チップ９０４及び光学要素９０６は、垂直に位置合わせされて、放射センサチップの全ての側縁が、集積回路チップの対応する側縁及び光学要素の対応する側縁と整合するようになっている。

典型的な実施において、光学要素ウェーハ９２３（ステップ９５８に示す）は光学要素のアレイを有する。各光学要素は、レンズ（例えばフレネルレンズ又はドームレンズ）であるか又はレンズを含むことができ、光フィルタリング機能を含むことができ、コーティングしてもコーティングしないままとしてもよく、１つ以上のアパーチャを有するカバーを含むことができる。光学要素は、シリコン又は他のいずれかの適切な材料で作成することができる。従って、図示する例の典型的な実施では、多数の組み合わせた放射センサチップ９０２及び集積回路チップ９０４のサブアセンブリを単一の光学要素ウェーハ９２３に接合し、後にダイシングすればよい。

得られた放射検知アセンブリ９００（及び、同一のウェーハからの他の放射検知装置）は、ウェーハのダイシングの前に、又は、ウェーハのダイシングの後に（例えばステップ９６０の後に）、検査を行うことができる（例えばステップ９５８において）。

図１０は、１つの例示的な製造プロセスに従った、様々な製造段階における放射検知装置１０００を示す一連の断面図である。図１０に示すプロセスは図９に示したプロセスと類似しているが、図１０の放射センサチップ１００２はサーモパイル９１４でなくフォトダイオード１０１４を有する点が異なる。図１０において、ステップ１０５２から１０６０はそれぞれ図９のステップ９５２から９６０に相当する。得られる構造１０００を１０６０に示す。

図１１は、１つの例示的な製造プロセスに従った、様々な製造段階における放射検知装置１１００を示す一連の断面図である。図示のように、例示的な製造プロセスの結果として得られる放射検知装置１１００は、垂直スタック構成において、集積回路チップ１１０４、放射センサチップ１１０２（例えばサーモパイル１１１４を有する）、及び光学要素１１０６を含む。

例示的なプロセスは、ステップ１１５０において放射センサチップ１１０２を提供することを含む。放射センサチップ１１０２は、光学フィルタウェーハ１１５３上に、紫外線硬化性又は熱硬化性エポキシビードを間にはさんで位置決めされる。放射センサチップ１１０２は、基板１１０８と、基板１１０８の開口１１１０をへだてて延在する膜１１１２と、を有する。図示する構成では、放射検知要素（すなわちサーモパイル１１１４）は膜１１１２の上面上にある。孔１１６２が膜１１１２を貫通している。典型的な実施において、膜１１１２の孔１１６２は、得られるアセンブリ１１００の製造又は動作中の圧力蓄積を回避するのに役立つ。

ステップ１１５２において、放射センサチップ１１０２上の導電性接点１１１８上に、接合物質（例えばはんだバンプ１１１９、銀エポキシドット等）を堆積する。

ステップ１１５４において、放射センサチップ１１０２の導電性接点１１１８上に第２の銀エポキシドットのセットを堆積し、放射センサチップ１１０２の上に図示するように集積回路チップ１１０４を位置決めする。

ステップ１１５６において、集積回路チップ１１０４と放射センサチップ１１０２との間の空間をアンダーフィルし、硬化（例えば紫外線硬化又は熱硬化）を行う。

ステップ１１５６の後、得られた構造をダイシングして放射検知装置１１００を生成する。放射検知装置１１００は、ダイシングの前に（例えば１１５６で）、又はダイシングの後に（例えば１１５８で）、試験を行うことができる。

図１２は、１つの例示的な製造プロセスに従った、様々な製造段階における放射検知装置１２００を示す一連の断面図である。図１２に示すプロセスは図１１に示したプロセスと類似しているが、図１２の放射センサチップ１２０２は固体構造であり（すなわち開口及び膜を含まない）、サーモパイル１１１４でなくフォトダイオード１２１４を有する点が異なる。図１２において、ステップ１２５０から１２５８はそれぞれ図１１のステップ１１５０から１１５８に相当する。得られる構造１２００を１２５８に示す。

図１３は、１つの例示的な製造プロセスに従った、様々な製造段階における放射検知装置１３００を示す一連の断面図である。図示のように、例示的な製造プロセスの結果として得られる放射検知装置１３００は、垂直スタック構成において、集積回路チップ１３０４、放射センサチップ１３０２（例えばサーモパイル１３１４を有する）、及び光学要素１３０６を含む。

例示的なプロセスは、ステップ１３５０において放射センサチップ１３０２を提供することを含む。放射センサチップ１３０２は、フォトダイオード１３１４と、その上面上の１対の導電性接点１３１８と、を有する。基板１３０８は固体であり、得られるアセンブリが検知するように意図されているいかなる波長放射に対しても透過性の材料である。

ステップ１３５０において、導電性接点１３１８に、はんだバンプ１３１９（又は銀エポキシドット等）を追加する。いくつかの実施においては、（例えば１３５２で）第２のはんだバンプ又は銀エポキシドットのセットを提供し、次いでいずれかの接合材料を硬化させる。アンダーフィルを追加し、（例えば紫外線硬化又は熱硬化によって）硬化させ、図示のように、放射センサチップ１３０２を集積回路チップ１３０４に接続するように位置決めする。

次いでステップ１３５６において、集積回路チップウェーハ／放射センサチップ構造を、エポキシ１３６０（光学波長フィルタリングのために染料が追加されている場合も追加されていない場合もある）で覆って、光学要素を形成する。エポキシを硬化させる。

次いでステップ１３５８において、得られたウェーハをダイシングし、この結果得られた構造１３００の試験を行う。

図１４は例示的な集積回路チップの概略断面図であり、寸法をミリメートル単位で示している。

本発明の多数の実施形態を記載した。しかしながら、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更を加えることは理解されよう。

例えば、本明細書に記載したコンポーネント（例えば放射センサチップ、集積回路チップ、光学要素）の各々のサイズ、形状、及び具体的構成を変更することができる。更に、開示した要素の相互に対する具体的構成を変更して、他のスタック機構を生成することができる。例えば、いくつかの機構では各コンポーネントの外縁を相互に位置合わせしたが、他の構成では外縁は位置合わせされない。コンポーネントの絶対的なサイズ及び形状を変更可能であるだけでなく、コンポーネント及びコンポーネントの様々な部分の相対的なサイズ及び形状も変更することができる。物理的接合及び電気的接合の双方の方法を変更し、これによって変更された最終構造を得ることも可能である。

１つ又は複数の放射検知要素は、実質的にいかなる種類の検知技術も実施することができる。

本明細書に記載したプロセスは、記載したものとは異なる順序で実行することができる。いくつかの実施において、追加のステップを実行すること及び／又は特定のステップを省略することも可能である。更に、いくつかの実施において、記載したステップのいくつかを省略することも可能である。

異なる実施に関連付けて記載した異なる特徴を、他の実施と組み合わせることができる。このことは、開示する構造にも開示するプロセスにも当てはまる。

本明細書において、「〜の上」、「〜の下」、「上方」、「下方」等、特定の相対的な用語を用いている。こういった用語は、明確さの目的のため、及び、１つの例示的な向きにおけるいくつかの物体の相対的な位置を記載するために用いている。開示又は特許請求される範囲を限定することも、構造がある特定の向きを有する必要があることも意図していない。従って、このような相対的な用語は、特許請求の範囲又は開示されるものに対する限定と解釈されるべきではない。

放射センサチップでは、実質的にいかなる種類の放射検知技術も利用可能である。集積回路チップは、放射センサチップへの情報及び／又は放射センサチップからの情報を処理及び／又は送受信するために、実質的にいかなる種類の回路も含むことができる。光学要素は、実質的にいかなる種類の光学技術も実施することができ、又はいかなる種類の光学技術に基づくことも可能である。

様々なコンポーネントは、多種多様な方法で相互に垂直方向で位置合わせすることができる。例えばいくつかの実施では１つ以上の外縁を位置合わせする。しかしながら、これは必須ではない。典型的な実施において、コンポーネントを、他のコンポーネント（例えば１つ又は複数のチップ）に対して位置合わせして、電気接点が整合して接触すること、及びデバイスの光軸及び位置合わせが許容可能であることを保証する。正確な位置のための基準目印は、チップの縁部であってもよく、又は、製造ラインにおける位置合わせを支援する他のいずれかの基準となる１つ又は複数のコンポーネント上マーキングもしくは特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）であってもよい。

他の実施も特許請求項の範囲内である。

Claims (20)

1. 垂直スタック構成において、
   放射センサチップであって、放射検知要素と、前記放射検知要素に結合されると共に前記放射センサチップの下面で露出した導電性接点と、を備える放射センサチップと、
   前記放射センサチップの下にあって前記放射センサチップに結合された集積回路チップであって、集積回路と、前記集積回路に結合されると共に前記放射センサチップの前記下面に対向する前記集積回路チップの上面で露出した導体と、を備える、集積回路チップと、
   を備え、
   前記放射センサチップの前記下面で露出した前記導電性接点が、前記集積回路チップの前記上面で露出した前記導体に物理的及び電気的に結合され、更に、
   前記放射センサチップの上にあって前記放射センサチップに結合された光学要素であって、前記放射検知要素が検知するように構成された波長の入射放射を通過させるように構成された、光学要素を備える、
   放射検知装置。
2. 前記放射センサチップ、前記集積回路チップ及び前記光学要素が相互に垂直方向で位置合わせされている、請求項１に記載の装置。
3. 前記放射センサチップの前記下面で露出した前記導電性接点が、前記放射センサチップの外周部の近くで露出し、
   前記集積回路チップの前記上面で露出した前記導体が、前記集積回路チップの外周部の近くで露出し、
   動作の間、検知対象の放射が、前記放射センサチップの外周部の内側の空間を通過して前記放射検知要素に到達する、請求項１に記載の装置。
4. 前記放射センサチップが、基板を有し、前記基板が、前記光学要素に対向して前記基板の中央に配置された開口を画定し、
   膜が、前記基板の前記中央に配置された開口の下端に延在する、
   請求項１に記載の装置。
5. 前記放射検知要素が、少なくとも部分的に前記膜の上に配置されている、請求項４に記載の装置。
6. 前記放射検知要素が、前記膜の前記光学要素とは反対側にあり、前記膜が、前記放射検知要素が検知するように構成された前記波長の放射を通過させるように構成されている、請求項５に記載の装置。
7. 前記集積回路チップが、前記放射センサチップの方向に開放している中央に配置されたキャビティを含む基板を有し、
   前記中央に配置されたキャビティが、前記集積回路チップが前記放射センサチップに結合された場合に前記放射検知要素の周りに空間を与えて、前記膜上の前記放射検知要素の少なくとも一部の熱的分離を容易にするように構成されている、請求項６に記載の装置。
8. 前記集積回路に結合されると共に前記集積回路チップの前記外面に露出した前記導体が、シリコン貫通電極を備える、請求項１に記載の装置。
9. 前記放射検知要素が、サーモパイル及びフォトダイオードから成る群から選択される、請求項１に記載の装置。
10. 前記集積回路が、特定用途向け集積回路である、請求項１に記載の装置。
11. 前記光学要素が、レンズである、請求項１に記載の装置。
12. 前記放射センサチップが、複数の放射検知要素を備える、請求項１に記載の装置。
13. 前記光学要素が、放射の通過を前記光学要素の一部に制限するアパーチャを有するカバーを備える、請求項１２に記載の装置。
14. 動作の間に、前記複数の放射検知要素の各１つが、前記放射検知要素の他のいずれかとは異なる監視対象空間部分からの放射を前記アパーチャを介して受けるように、前記アパーチャ及び前記複数の放射検知要素が配置されている、請求項１３に記載の装置。
15. 前記放射検知要素によって検知されない特定の放射波長が前記放射検知要素に到達しないように、前記光学要素が放射を光学的にフィルタリングするように構成されている、請求項１に記載の装置。
16. 前記集積回路チップの下面で露出した複数の導電性パッドを更に備え、
    前記導電性パッドが、回路基板上の対応する導電性要素に物理的及び電気的に接合されるように構成されている、請求項１に記載の装置。
17. 前記放射センサチップ、前記集積回路チップ及び前記光学要素が、
    周囲の放射が前記光学要素に到達すると、前記周囲の放射の少なくとも一部が、前記光学要素と、前記放射検知要素が位置付けられた膜と、を通過して、前記放射検知要素に衝突し、
    前記放射が前記放射検知要素に衝突したことに応答して、前記放射検知要素が、前記衝突放射に対応した電気出力信号を生成し、
    前記出力信号が前記集積回路に提供され、
    前記集積回路が、前記出力信号を処理し、外部の回路コンポーネントと接続して動作する、
    ように構成されている、請求項１に記載の装置。
18. 垂直スタック構成において、集積回路チップ、放射センサチップ及び光学要素を含む放射検知装置を製造する方法であって、
    放射センサチップであって、放射検知要素と、前記放射検知要素に結合されると共に前記放射センサチップの下面で露出した導電性接点と、を備える放射センサチップを提供することと、
    前記放射センサチップを前記放射センサチップの下の集積回路チップに結合することであって、前記集積回路チップが、集積回路と、前記集積回路に結合されると共に前記放射センサチップの前記下面に対向する前記集積回路チップの上面で露出した導体と、を備えることと、
    前記放射センサチップを前記放射センサチップの上の光学要素に結合することであって、前記光学要素が、前記放射検知要素が検知するように構成された波長の入射放射を通過させるように構成されていることと、
    を備え、
    前記放射センサチップを前記集積回路チップに結合することが、前記放射センサの前記下面の前記導電性接点を前記集積回路チップの前記上面の前記導体に物理的及び電気的に結合することを含む、方法。
19. 前記放射センサチップ、前記集積回路チップ及び前記光学要素を垂直方向で位置合わせすることを更に備える、請求項１８に記載の方法。
20. 前記垂直位置合わせが、前記放射センサチップと前記集積回路チップとの間の電気接点及び光軸の適切な位置合わせを容易にする、請求項１９に記載の方法。