TW201421708A - 用於環境光及／或光學近場感測的具有非成像光學元件的經封裝光偵測器半導體裝置，製造其的方法及包含其的系統 - Google Patents

用於環境光及／或光學近場感測的具有非成像光學元件的經封裝光偵測器半導體裝置，製造其的方法及包含其的系統 Download PDF

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Abstract

經封裝的光偵測器半導體裝置(PLDSD)、用於製造PLDSD之方法以及包含一PLDSD之系統係被描述在此。在一實施例中，一PIDSD係包含一具有一表面之光偵測器晶粒，該表面係包含一主動的光感測器區域、以及一包含彼此軸向地對準並且和該主動的光感測器區域軸向地對準的一入口孔及一出口孔之非成像光學聚光器。一種模製材料係形成該非成像光學聚光器，並且囊封該光偵測器晶粒的該表面的至少一部分，該至少一部分係延伸超出該非成像光學聚光器的該出口孔。該非成像光學聚光器係聚集來自該入口孔的光朝向該出口孔並且到該主動的光感測器區域之上。在某些實施例中，一種反射的材料係被設置在該非成像光學聚光器的一內表面上，並且一種透光的模製材料係填入該非成像光學聚光器的一內部體積的至少一部分。

Description

用於環境光及/或光學近場感測的具有非成像光學元件的經封裝光偵測器半導體裝置，製造其的方法及包含其的系統 【優先權主張】
此申請案係主張2012年12月17日申請的美國非臨時專利申請案號13/716,842以及2012年11月28日申請的美國臨時專利申請案號61/730,692的優先權。
本發明的實施例係大致相關於用於環境光及/或光學近場感測的具有非成像光學元件的經封裝的光偵測器半導體裝置、製造此種裝置的方法及包含此種裝置的系統。
光偵測器例如可被利用作為環境光感測器或是作為光學近場感測器的部分。由於越來越多的光偵測器被整合到例如是行動電話的裝置中，因此有一種期望來提供更小且更便宜的光偵測器。較佳的是，此種光偵測器的製造應該是相當簡單的，並且應該提供高的良率。
根據一實施例，一種經封裝的光偵測器半導體裝置係包含一 光偵測器晶粒以及一非成像光學聚光器。該光偵測器晶粒係具有一包含一主動的光感測器區域的表面。該非成像光學聚光器係包含彼此軸向地對準並且和該主動的光感測器區域軸向地對準的一入口孔及一出口孔，並且該非成像光學聚光器係適配於聚集來自該入口孔的光朝向該出口孔並且到該主動的光感測器區域之上。在某些實施例中，該非成像光學聚光器是一複合拋物面聚光器(CPC)。一種模製材料係形成該非成像光學聚光器並且封裝該光偵測器晶粒的該表面的至少一部分，該至少一部分係延伸超出該非成像光學聚光器的該出口孔。在某些實施例中，一種反射的材料係被設置在該非成像光學聚光器的一內表面上。
在一實施例中，該主動的光感測器區域係相鄰該非成像光學 聚光器的該出口孔，並且該非成像光學聚光器的該入口孔及該出口孔係分開一軸向距離是實質等於在該入口孔以及該主動的光感測器區域之間的一軸向距離。
根據一實施例，一濾光片係位在該主動的光感測器區域以及 該非成像光學聚光器的該出口孔之間。此一濾光片可以是適配於在該光到達該主動的光感測器區域之前吸收及/或反射至少一些波長的光。
在某些實施例中，形成該非成像光學聚光器並且封裝該光偵 測器晶粒的該第一表面的至少一部分的該模製材料係包括一種不透明的模製材料，該至少一部分係延伸超出該非成像光學聚光器的該出口孔。該經封裝的光偵測器半導體裝置亦可包含一種透光的模製材料，該透光的模製材料係填入該非成像光學聚光器的一內部體積的至少一部分。在一實施例中，該透光的模製材料係填入該非成像光學聚光器的該內部體積，使得該 不透明的模製材料的一頂表面以及該透光的模製材料的一頂表面是彼此實質齊平的。
根據某些實施例，該經封裝的光偵測器半導體裝置亦包含一 第二主動的光感測器區域以及一第二非成像光學聚光器。該第二非成像光學聚光器係包含彼此軸向地對準並且和該第二主動的光感測器區域軸向地對準之一第二入口孔以及一第二出口孔。在此種實施例中，該光偵測器晶粒的該表面係包含彼此間隔開的該主動的光感測器區域以及該第二主動的光感測器區域兩者。該模製材料係形成該非成像光學聚光器以及該第二非成像光學聚光器兩者，並且囊封該光偵測器晶粒的該表面的延伸超出該非成像光學聚光器的該出口孔以及該第二非成像光學聚光器的該第二出口孔的部分。該些主動的光感測器區域中之一是供使用作為一環境光感測器，並且該些主動的光感測器區域中之另一個是供使用作為一光學近場感測器的部分。此種實施例以及替代及另外的實施例的額外細節係在以下加以描述。
102‧‧‧經封裝的光偵測器半導體裝置(PLDSD)
104‧‧‧光偵測器晶粒
105‧‧‧晶粒接點
106‧‧‧主動的光感測器區域
107‧‧‧濾光片
108‧‧‧導線架指狀部
109‧‧‧晶粒附接焊盤
110‧‧‧接合線
112‧‧‧模製材料
114‧‧‧PLDSD的頂表面
116‧‧‧PLDSD的週邊表面
118‧‧‧PLDSD的底表面
120‧‧‧非成像光學聚光器
122‧‧‧非成像光學聚光器的內表面
123‧‧‧反射的材料
124‧‧‧非成像光學聚光器的內部體積
125‧‧‧透光的材料
126‧‧‧入口孔
128‧‧‧出口孔
301‧‧‧光源
302‧‧‧PLDSD
302'‧‧‧PLDSD
302”‧‧‧PLDSD
304‧‧‧光偵測器晶粒
305‧‧‧晶粒接點
306‧‧‧主動的光感測器區域
307‧‧‧濾光片
308‧‧‧導線架指狀部
309‧‧‧晶粒附接焊盤
310‧‧‧接合線
312‧‧‧模製材料
314‧‧‧PLDSD的頂表面
316‧‧‧PLDSD的週邊表面
318‧‧‧PLDSD的底部表面
320‧‧‧非成像光學聚光器
322‧‧‧非成像光學聚光器的內表面
323‧‧‧反射的材料
324‧‧‧非成像光學聚光器的內部體積
325‧‧‧透光的材料
326‧‧‧入口孔
328‧‧‧出口孔
336‧‧‧主動的光感測器區域
337‧‧‧濾光片
340‧‧‧非成像光學聚光器
340”‧‧‧視野(FOV)
342‧‧‧非成像光學聚光器的內表面
343‧‧‧反射的材料
344‧‧‧非成像光學聚光器
345‧‧‧透光的材料
346‧‧‧入口孔
348‧‧‧出口孔
350‧‧‧凹處
360‧‧‧光導引擋板
402、404、406、408、410、412、414、416、418、420、422‧‧‧步驟
500‧‧‧驅動器
501‧‧‧光源
502‧‧‧PLDSD
504‧‧‧比較器及/或處理器
506‧‧‧子系統
508‧‧‧物體
510‧‧‧系統
512‧‧‧源自光源而從物體反射出並且藉由該PLDSD的主動的光感測器區域偵測到的光
514‧‧‧藉由該PLDSD的主動的光感測器區域偵測到的環境光
圖1A係展示根據一實施例的一種經封裝的光偵測器半導體裝置(PLDSD)的立體圖。
圖1B係展示圖1A的PLDSD沿著線B-B的橫截面圖。
圖1C係展示圖1A的PLDSD的仰視圖。
圖2A係描繪一範例的複合拋物面聚光器(CPC)類型的非成像光學聚光器的輪廓。
圖2B係描繪以一最大的接受角度進入一CPC的一入口孔的光線，並且被導引至該CPC的一出口孔的一邊緣。
圖2C是一CPC的三維圖示，其中一光線幾乎成切線地進入該入口孔並且在該出口孔冒出之前，在該CPC的內部各處反射許多次。
圖2D係被用來描繪用於一CPC並且更一般而言是用於一非成像光學聚光器之一最大的接受角度可以藉由利用一種透光的材料來填充該非成像光學聚光器的一內部體積而加以增大。
圖3A係展示根據另一實施例的一種PLDSD的立體圖。
圖3B係展示圖3A的PLDSD沿著線B-B的橫截面圖。
圖3C係展示根據另一實施例的一種PLDSD的立體圖。
圖3D係展示圖3C的PLDSD沿著線D-D的橫截面圖。
圖3E係展示根據又一實施例的一種PLDSD的立體圖。
圖3F係展示圖3E的PLDSD沿著線F-F的橫截面圖。
圖4係用來總結根據各種實施例的用於製造PLDSD之方法的一高階的流程圖。
圖5是一種包含根據一實施例的一PLDSD之系統的一高階的方塊圖。
圖1A係展示根據本發明的一實施例的一種經封裝的光偵測器半導體裝置(PLDSD)102的立體圖。圖1B係展示圖1A的PLDSD沿著線B-B的橫截面圖。圖1C係展示圖1A的PLDSD 102的仰視圖。參照圖1A，該PLDSD 102係被展示為包含一附接至一晶粒附接焊盤(paddle)109並且囊封在一種模製材料112內之光偵測器晶粒104。根據某些實施例，該模製材 料112是一種不透明的模製材料，例如但不限於一種黑色環氧樹脂或是其它不透明的樹脂或聚合物。
該光偵測器晶粒104係被展示為包含一主動的光偵測器的感測器區域106，其係被用來產生一指出偵測到的光的大小之電流或電壓。該主動的光偵測器的感測器區域106亦可被稱為主動的光感測器區域106，其係包含一或多個光偵測元件，該些光偵測元件的每一個可以是一光敏電阻、一光伏電池、一光二極體、一光電晶體或是一電荷耦合裝置(CCD)，但並不限於此。例如是那些以上所提及的光偵測元件是光電元件的例子。該主動的光感測器區域106係選配地被一濾光片107所覆蓋，該濾光片107係在該光到達該主動的光感測器區域106之前吸收及/或反射至少一些波長的光。例如，在該PLDSD 102欲被使用作為一環境光感測器(ALS)的情形中，該濾光片107可被設計以吸收及/或反射在可見光譜之外的波長的光，其包含但不限於紅外線(IR)光。作為另一例子的是，在該PLDSD 102欲和一IR光源一起被使用作為一光學近場感測器(OPS)的情形中，該濾光片107可被設計以吸收及/或反射除了IR光之外的波長的光，在此情形中，該濾光片107可被設計以吸收及/或反射在可見光譜內之光。
該光偵測器晶粒104係包含晶粒接點105，該些晶粒接點105係藉由接合線110而電連接至導線架指狀部108(其可以更大致被稱為封裝接點108)。例如，該些晶粒接點105中的一或多個可以對應於該主動的光感測器區域106的光偵測元件的陽極，而一或多個其它的晶粒接點105可以對應於該光偵測元件的陰極。該光偵測器晶粒104亦可包含放大器電路、濾波器電路及/或其它類型的信號處理電路，在此情形中，該些電氣接點105 中的一或多個可以對應於此種信號處理電路。
該PLDSD 102係包含一頂表面114、一底表面118以及一延 伸在該頂表面114與底表面118之間的週邊表面116。在此例子中，該PLDSD 102的頂表面114係藉由該模製材料112的一頂表面來加以形成，並且該週邊表面116係藉由該模製材料112的四個側邊來加以形成。例如，該封裝接點108可以是導電區、導電墊或是導電球，但並不限於此。例如，該些封裝接點108可以是導電接腳或線也是可行的。在此例子中，該PLDSD 102係包含六個封裝接點108以及該晶粒附接焊盤109在該底表面118上之一露出的部分(在圖1C中最能夠看出)，然而該PLDSD 102可包含大於或小於六個電連接器。替代或額外的是，該晶粒附接焊盤109可以是一用於該PLDSD 102的接地面。根據一實施例，該PLDSD 102是一平坦無引線的封裝。根據一特定的實施例，該些封裝接點108係構成一基板柵格陣列。
該PLDSD 112係被展示為包含一非成像光學聚光器120，其 係收集且聚集用於該主動的光感測器區域106的光。在圖1A及1B中，該非成像光學聚光器120係被展示為一圓形的複合拋物面聚光器(CPC)。在替代的實施例中，該非成像光學聚光器120可以是一矩形CPC或是一方形CPC。在其它實施例中，該非成像光學聚光器120可以是一圓形、矩形或方形的複合橢圓面聚光器(CEC)。在另外的實施例中，該非成像光學聚光器120可以是一圓形、矩形或是方形的複合雙曲面聚光器(CHC)。除非另有敘述，否則對於此說明的其餘部分而言，該非成像光學聚光器120將會被假設是一圓形的CPC。然而，如同剛才所解說的，例如是那些以上提及的替代類型的非成像光學聚光器的使用也是在一實施例的範疇內。
在某些實施例中，一種反射的材料123係被設置在該非成像 光學聚光器120(例如，一CPC)的一內表面122上。該反射的材料123可以是一種例如是金、銀、一種金合金或是一種銀合金之反射的金屬、或是一種例如是氟化鎂的介電材料、或是其之一組合，但並不限於此。
該非成像光學聚光器120係包含一入口孔126以及一出口孔 128，其中該出口孔128係小於該入口孔126。該非成像光學聚光器120(例如，一CPC)係收集在其入口孔126處之光輻射，並且有效率地傳輸該能量至其出口孔128。入射在該入口孔126並且在一指定的視野(FOV)內之實質所有的輻射能量都將會被傳送至該較小的出口孔128。藉由將該主動的光感測器區域106設置該出口孔128之下，該主動的光感測器區域106係接收入射在該入口孔126處之實質全部的輻射的能量。
在某些實施例中，該非成像光學聚光器120的一內部體積 124(其亦可被稱為一凹處)是中空的。在替代的實施例中，該非成像光學聚光器120的內部體積120係填入一種透光的材料125，例如一種透光的模製材料。該透光的材料125可以是一種透光的環氧樹脂(例如，一種透明或是有色的環氧樹脂)、或是其它透光的樹脂或聚合物，但並不限於此。在某些實施例中，該透光的模製材料125可具有一種顏料或是其它性質，其係濾除(亦即，吸收及/或反射)非所關注的某些波長的光，而容許所關注的波長的光通過。利用一種透光的材料125來填充該非成像光學聚光器120的一項益處是其避免例如是灰塵微粒的微粒進入到該非成像光學聚光器120並且不利地影響到下面的主動的光感測器區域106的靈敏度。利用該透光的材料125來填充該非成像光學聚光器120的另一項益處是其可以增加該最大的接 受角度，即如同在以下參考圖2D以額外的細節加以論述者。在特定的實施例中，該透光的材料125的頂表面係與該非成像光學聚光器120被模製在其中之模製材料112的頂表面124齊平的。同樣在一實施例的範疇內的是，該非成像光學聚光器120係被填入多層不同類型的具有不同折射率的透光的材料，因而在該非成像光學聚光器120內之透光的材料係相對該濾光片107額外或是替代地執行至少某種濾光。
在該非成像光學聚光器120是一CPC的情形中，照射度 (W/m2)將會乘以(聚集)該入口孔相對出口孔的面積比例。圖2A係描繪一範例的CPC輪廓的幾何。該CPC輪廓係被設計成使得以該最大的接受角度±θ max 進入該入口孔126的光線將會通過拋物線的焦點，該焦點將會構成該出口孔128的邊緣，即如在圖2A中所繪者。該三維的CPC是藉由繞著聚光器的軸，而非拋物線軸旋轉該拋物線輪廓來加以形成，即如在圖2A中所繪者。 圖2B進一步描繪此點，其係展示許多光線以該最大的接受角度進入該CPC的入口孔126，並且被導引至該出口孔128的邊緣。以小於該最大的接受角度(θ max )入射在該入口孔126的光線將會更朝向該孔的中心而從該出口孔128冒出。如同在圖2C中所示，儘管是較複雜的，但是該CPC的操作在三維上是實質相同的。在圖2C中，一光線係被展示幾乎成切線地進入該入口孔126，並且在該出口孔128冒出之前，於該CPC的內部各處反射許多次。
用於一CPC的設計之定義的方程式係在以下被提供。若該 最大的接受角度是θ max ，並且該出口孔的直徑是2α'，則該拋物線的焦距(f)係藉由以下得出
整體長度是
並且，該入口孔的直徑是
在一特定的實施例中，界定該FOV之最大的接受角度(θ max )係被選擇為22.7761°，並且該出口孔直徑(2α')係被選擇為0.2mm。從以上的方程式，該入口孔直徑(2α)是0.5166nun，並且該長度(L)是0.8534mm。該入口孔123與該出口孔128的面積比例是6.6719，其在此例子中是用於該CPC的聚光因數。
在該內部體積124被填入該透光的材料125的情形中，用於該CPC組件之實際的外部最大的接受角度()將會是以上所解說之最大的接受角度(θ max )乘以該透光的材料124(例如，一種透明的環氧樹脂材料)的折射率，例如1.5367。因此，在此例子中，用於該CPC組件的FOV將會是±35°。換言之，利用一種具有大於一(亦即，>1)的折射率之透光的材料125來填充該內部體積124係增加該最大的接受角度從θ max 到，即如在圖2D中所繪者。
該非成像光學聚光器120的使用係使得該主動的光感測器區域106以及整個封裝在尺寸上能夠加以縮減。例如，為了達成一預設的靈敏度，該非成像光學聚光器120的使用係使得該主動的光感測器區域106能夠被縮減成為若未使用非成像光學聚光器(以及明確地說是一CPC)時將 會需要的面積的大約三分之一。
若該主動的光感測器區域106的面積遠大於出口孔128的面 積，則該主動的光感測器區域106之一大的面積將會被浪費掉，因為其將不會響應於入射的光。若該主動的光感測器區域106的面積小於該出口孔128的面積，則某些到達該出口孔128的光將不會入射在該主動的光感測器區域106上。於是，在某些實施例中，該出口孔128的面積係實質等於或小於該主動的光感測器區域106的面積，因而實質全部到達該出口孔128的光都被導引朝向該主動的光感測器區域106。在特定的實施例中，該出口孔128的面積以及該主動的光感測器區域106的面積是在彼此的20%之內。例如，該主動的光感測器區域106的面積是在該出口孔128的面積的100%到120%的範圍內。
由於該非成像光學聚光器120的外部體積並不貢獻到該光 感測器的照射度，因此該模製材料112並不需要是一種透光的光學等級的材料。確實，該模製材料112可以是完全不透明的。該模製材料112是不透明的一項益處是在下面的主動的光感測器區域106僅響應於已經透過該入口孔126進入該非成像光學聚光器120的光。
根據本發明的特定實施例，該PLDSD 102是供使用作為一 環境光感測器(ALS)，並且因此可以替代地被稱為一ALS。當使用作為一ALS時，因為內含該非成像光學聚光器120，所以該PLDSD 102之主動的光感測器區域106的面積相較於習知的封裝可被縮減超過2比1，然而在該主動的光感測器區域上的平均照射度可以增大幾乎5比1，並且波峰照射度可以增大超過10比1。或者是，該PLDSD 102可以和一光源一起被利用，以作為 一光學近場感測器(OPS)的部分。
圖3A係展示根據另一實施例的一種PLDSD的立體圖。圖 3B係展示圖3A的PLDSD沿著線B-B的橫截面圖。在此實施例中，一光偵測器晶粒304係包含兩個主動的光感測器區域306及336，其中一個是供使用作為一ALS，而另一個是用於和一光源使用作為一OPS的部分。為了在此的討論，將會假設該主動的光感測器區域306是用於一ALS，並且該主動的光感測器區域336是供使用作為一OPS的部分。該光偵測器晶粒304係被囊封在一種模製材料312內，該模製材料312可以是一種不透明的模製材料，例如但不限於一種黑色環氧樹脂或是其它不透明的樹脂或聚合物。
每一個被用來產生一指出個別偵測到的光的大小之對應的 電流或電壓之主動的光感測器區域306、336係包含一或多個光偵測元件，該些光偵測元件的例子係在以上敘述。該主動的光感測器區域306係選配地被一濾光片307所覆蓋，該濾光片307係吸收及/或反射在該可見光譜之外的波長，其包含但不限於IR光。該主動的光感測器區域336係選配地被一濾光片337所覆蓋，該濾光片337被設計以吸收及/或反射除了IR光之外的波長的光，在此情形中，該濾光片337可被設計以吸收及/或反射在該可見光譜內的光。
該光偵測器晶粒304係包含藉由接合線310而連接至導線架 指狀部308(其可以更大致上被稱為封裝接點308)的晶粒接點305。該光偵測器晶粒304亦可包含放大器電路、濾波器電路及/或其它類型的信號處理電路。
該PLDSD 302係包含一頂表面314、一底表面318以及一延 伸在該頂表面314及底表面318之間的週邊表面316。在此例子中，該PLDSD 302的頂表面314係藉由該模製材料312的一頂表面來加以形成，並且該週邊表面316係藉由該模製材料312的四個側邊來加以形成。例如，該封裝接點308可以是導電區、導電墊、導電球、導電接腳或線，但並不限於此。 在此例子中，該PLDSD 302係包含六個封裝接點308以及該晶粒附接焊盤309在該底表面318上之一露出的部分，然而該PLDSD 302可包含大於或小於六個電連接器。替代或額外的是，該晶粒附接焊盤309可以是一用於該PLDSD 302的接地面。根據一實施例，該PLDSD 302是一平坦無引線的封裝。根據一特定的實施例，該些封裝接點308係構成一基板柵格陣列。
該PLDSD 302係被展示為包含一收集且聚集用於該主動的 光感測器區域306的光之第一非成像光學聚光器320、以及一收集且聚集用於該主動的光感測器區域336的光之第二非成像光學聚光器340。在圖3A及3B中，該非成像光學聚光器320、340的每一個係被展示為一CPC，但替代的是其可以是另一類型的非成像光學聚光器，例如一CEC或CHS。使用兩種不同類型的非成像光學聚光器也是可行的，例如該非成像光學聚光器320可以是一圓形的CPC，而該非成像光學聚光器340可以是一方形CEC。在某些實施例中，一種反射的材料323係被設置在該非成像光學聚光器320的一內表面322上，並且一種反射的材料343係被設置在該非成像光學聚光器340的一內表面342上。反射的材料的範例類型係在以上參考圖1A及1B被論述。該非成像光學聚光器320係包含一入口孔326以及一出口孔328。類似地，該非成像光學聚光器340係包含一入口孔346以及一出口孔348。該非成像光學聚光器320的一內部體積324(其亦可被稱為一凹處) 可以是中空的、或者是可被填入一種透光的材料325。類似地，該非成像光學聚光器340的一內部體積344可以是中空的、或者是可被填入一種透光的材料345。透光的材料的範例類型係在以上參考圖1A及1B被論述，即如同利用此種材料來填充一非成像光學聚光器的內部體積的益處。
圖3C係展示根據另一實施例的一種PLDSD 302'的立體圖。 圖3D係展示圖3C的PLDSD沿著線D-D的橫截面圖。圖3C及3D的PLDSD 302'係類似於參考圖3A及3B所述的PLDSD 302，除了一凹處350係加入在該模製材料312中之外，該凹處350係使得在該凹處350之下的一非成像光學聚光器320'能夠具有一比不具有該凹處350的非成像光學聚光器340短的長度。例如，該凹處350係使得該使用作為一ALS的部分之非成像光學聚光器320'能夠在長度上比該使用作為一OLS的部分之非成像光學聚光器340短。更一般而言，該凹處350係使得單一PLDSD能夠包含具有不同長度的非成像光學聚光器。
圖3E係展示根據另一實施例的一種PLDSD 302”的立體 圖。圖3F係展示圖3E的PLDSD沿著線F-F的橫截面圖。圖3E及3F的PLDSD 302”係類似於參考圖3A及3B所述的PLDSD 302，除了一光導引擋板360被加入在該模製材料312中之外，該光導引擋板360係使得用於該些非成像光學聚光器中之一(標示為340”)在一被使用作為該OPS的部分之光源301(例如，一IR LED)的方向上的FOV能夠增大。更一般而言，一光導引擋板360可被利用來增大用於一非成像光學聚光器的FOV。單一PLDSD包含一凹處(相同或類似於該凹處350)以及一光導引擋板(相同或類似於該光導引擋板360)兩者也是在一實施例的範疇內。例如，一凹處可被設置在聚集 光以用於一主動的光感測器區域之使用作為一ALS的非成像光學聚光器之上，並且一光導引擋板可以和聚集光以用於一主動的光感測器區域之使用作為一OPS的部分的非成像光學聚光器一起被利用。
在以上的說明以及先前敘述的圖中，該些光偵測器晶粒104 及304是被敘述且展示為附接至一導線架的晶粒焊盤。在替代的實施例中，晶粒104及304的底表面的部分可以直接附接至一不具有晶粒焊盤的導線架的引線指狀部的頂表面的部分，即如同引線上晶片(CoL)的封裝的情形。在其它實施例中，該些光偵測器晶粒104及304的底表面可以直接附接至一印刷電路板(PCB)的頂表面，即如同PCB上晶片的封裝的情形。換言之，該些晶粒104及304的底表面可以附接至各種類型的封裝基板的頂表面，其係包含導線架(其可包含或是可不包含晶粒焊盤)及PCB，但並不限於此。在所有的此種實施例中，引線接合可被利用來將(該些晶粒104及304的)晶粒接點電連接至(該封裝基板的)封裝接點，其中該些封裝接點係被用來電連接所產生的PLDSD至外部的電路。穿矽貫孔(TSV)可被利用來取代引線接合、或是額外地加以利用。在另一實施例中，該主動的感測器區域可被設置在一晶粒的背面上，並且覆晶接合技術可被利用來電連接晶粒接點至封裝接點。
圖4是被用來總結根據各種實施例的用於製造PLDSD之方 法的高階流程圖。參照圖4，在步驟402，複數個光偵測器晶粒(例如，104或304)的每一個係附接至一封裝基板。此可藉由利用一黏著劑來附接該些晶粒的底表面至一導線架的晶粒焊盤來加以達成。或者是，該些晶粒的底表面可以直接附接至導線架指狀部的頂表面的部分。在另外其它的實施例中，晶粒的底表面可以附接至一PCB。
在步驟404，該些光偵測器晶粒(並且更明確地說，該些晶粒 的接點)係電連接至該封裝基板的封裝接點。例如，該封裝基板的封裝接點可以是一導線架的導線架指狀部、或是一PCB的引線焊墊，但並不限於此。 如同以上所解說的，步驟404可利用引線接合來加以執行。或者是，TSV可被利用來取代引線接合。在另一實施例中，該主動的感測器區域可被設置在一晶粒的背面上，並且覆晶接合技術可被利用來電連接晶粒接點至封裝接點。
在步驟406，模製係被執行以從一種模製材料(例如，112、 312)以模製用於該複數個光偵測器晶粒的每個主動的光感測器區域之一或多個非成像光學聚光器(例如，120、320、320'、340、340”)。如上所述，每個非成像光學聚光器係包含彼此軸向地對準並且與下面的光偵測器晶粒的一主動的光感測器區域軸向地對準之一入口孔及一出口孔。在特定的實施例中，在步驟406所用的模製材料是一種不透明的模製材料，例如但不限於，一種黑色環氧樹脂、或是其它不透明的樹脂或聚合物。除了被用來形成該些非成像光學聚光器之外，該模製材料亦囊封該些光偵測器晶粒的上表面延伸超出該些非成像光學聚光器的出口孔的部分。在步驟406，上述的凹處(例如，350)及/或光導引擋板(例如，360)亦可加以模製。根據特定的實施例，轉移模製係在步驟406被執行。在替代的實施例中，其它類型的模製技術亦可被利用，其包含但不限於壓縮模製、澆鑄以及射出成型。
在步驟408，該些模製的非成像光學聚光器的內表面例如是 利用一種氬-氧電漿蝕刻而使其粗糙，因而一種反射的材料(在步驟414沉積的)將會附著至該內表面。
在步驟410，一犧牲光阻係沉積在從步驟406所產生的模製 結構的上表面的表面上以及在該些非成像光學聚光器的出口孔之內，因而該犧牲光阻係覆蓋該些主動的感測器區域、或是濾光片覆蓋該些主動的感測器區域。此犧牲光阻係被用來使得過多的反射的材料(在步驟414沉積的)能夠在一稍後的步驟(在步驟416)加以移除。
在步驟412，該些非成像光學聚光器的內表面係被電漿清 洗，以移除碎片(其可能是殘留自步驟408所執行的粗糙化)及/或移除過多的光阻(其可能是已在步驟410不慎地沉積在該些非成像光學聚光器的內表面上)。
在步驟414，一種反射的材料(例如，123、323、343)係沉積 在該些非成像光學聚光器的內表面上。如同在以上所提及，該反射的材料可以是一種例如是金、銀、一種金合金或是一種銀合金之反射的金屬、或是一種例如是氟化鎂的介電材料、或是其之一種組合，但並不限於此。
在步驟416，該犧牲光阻(在步驟410沉積的)係例如是利用 一光阻剝離劑來加以移除。
在步驟418，一種透光的材料(例如，125、325、345)係沉積 在該些非成像光學聚光器的內部體積之內，藉此填充該些非成像光學聚光器的每一個的內部體積的至少一部分。如同在以上所提及，該透光的材料可以是一種透光的環氧樹脂(例如，一種透明或是有色的環氧樹脂)、或是其它的透光樹脂或聚合物，但並不限於此。在特定的實施例中，在步驟416所沉積的透光的材料之一頂表面係與在步驟406被用來模製該些非成像光學聚光器的模製材料的頂表面齊平的。
在步驟420，該透光的材料係加以固化。例如，該透光的材 料可以在一烘箱內被熱固化，該烘箱係被加熱到一根據所使用的特定透光的材料而定的溫度，例如在攝氏90到110度之間。其它固化該透光的材料的方式亦可被利用，其包含但不限於利用紫外線(UV)輻射。
在步驟422，單粒化係被執行，以藉此分開該封裝基板及模 製材料成為複數個個別的PLDSD，複數個PLDSD的每一個係包含該些光偵測器晶粒中之一以及一或多個非成像光學聚光器，該非成像光學聚光器係至少部分地填入該透光的模製材料。範例之所產生的PLDSD係包含上述的PLDSD 102、302、302'及302”。
在上述的實施例中，已經分割的晶粒係被敘述為附接至一封 裝基板(在步驟402)，晶粒接點係電連接至該封裝基板的封裝接點(在步驟404)，並且非成像光學聚光器係在此之後加以模製(在步驟406)。在替代的實施例中，該些非成像光學聚光器可以就在一晶圓上加以模製，該晶圓並未被分割成為個別的晶粒直到該最後的單粒化被執行(在步驟422)為止。此種替代實施例係提供一種全晶片尺寸的封裝製程，其中TSV可被利用以提供在每個晶粒的一主動的側邊與每個晶粒的另一側邊之間的電連接。
圖5是一種包含根據一實施例的一PLDSD之系統510之高 階的方塊圖。本發明的實施例的PLDSD可被利用在各種的系統中，其包含但不限於行動電話、平板電腦、個人數位助理、膝上型電腦、小型筆記型電腦、其它手持式裝置以及非手持式裝置。參照圖5的系統510，例如，一PLDSD 502(例如，其可以是PLDSD 102、302、302'或302”中之一)可被利用以控制一子系統506(例如，一觸控螢幕、顯示器、背光、虛擬的滾輪、虛 擬的小型鍵盤、導航台、等等)被致能或是禁能、及/或決定是否調整該子系統506(例如，和其相關的一亮度)。例如，在該PLDSD 502包含一主動的光感測器區域和一光源501(例如，一IR發光二極體)一起被使用作為一OPS的情形中，該PLDSD 502可被利用來偵測當一例如是人的手指之物體508正在接近，並且根據該偵測來致能(或禁能)該子系統506。例如，該PLDSD 502的一輸出可被提供至一比較器及/或處理器504，該比較器及/或處理器504例如可以比較該PLDSD的輸出與一或多個臨界值，以判斷該物體508是否在一其中該子系統506應該被致能(或禁能，此係根據所要的而定)的範圍內。多個臨界值(例如，儲存的數位值)可被利用，並且根據偵測到的物體508之接近，超過一個可能的響應可以發生。例如，若該物體508是在一第一接近範圍內，則一第一響應可以發生，並且若該物體508是在一第二接近範圍內，則一第二響應可以發生。範例的響應可包含開始或停止、或者是調整該子系統506。
替代或額外的是，該PLDSD 502可包含被使用作為一ALS 之一主動的光感測器區域。例如，該PLDSD 502的一輸出可被提供至該比較器及/或處理器504，該比較器及/或處理器504可以決定如何調整該子系統506(例如，一顯示器或背光)的亮度。圖5亦展示一驅動器500可被利用以選擇性地驅動該光源501的一或多個發光元件。
在圖5中，該虛線512係代表源自於該光源501、從一物體 508被反射出並且藉由該PLDSD 502之一主動的光感測器區域偵測到的光，該PLDSD 502係和該光源501一起被使用作為一OPS。在圖5中，該虛線514係代表藉由該PLDSD 502之一主動的光感測器區域偵測到的環境 光，該PLDSD 502係被使用作為一ALS。如同在以上額外詳細敘述的，根據特定的實施例，一或多個非成像光學聚光器可被利用來收集且聚集用於該PLDSD 502的一或多個主動的光感測器區域的光512及/或514。
本發明的實施例已經在以上藉助於基本功能方塊來加以敘 述，其描繪所指明的功能之效能及其關係。這些基本功能方塊的邊界已經常為了該說明的便利性而在此加以界定。替代的邊界可加以界定，只要該些指明的功能及其關係是適當地加以執行即可。因此，任何此種替代的邊界都在所主張的發明的範疇及精神內。
儘管本發明的各種實施例已經在以上敘述，但應瞭解的是該 些實施例已經藉由舉例並且非限制性地加以提出。對於熟習相關技術者而言將會明顯的是，各種在形式及細節上的改變可以在其中加以完成，而不脫離本發明的精神與範疇。
本發明的廣度及範疇不應該受限於任何上述的範例實施例，而是應該僅根據以下的申請專利範圍及其等同項來加以界定。
102‧‧‧經封裝的光偵測器半導體裝置(PLDSD)
104‧‧‧光偵測器晶粒
105‧‧‧晶粒接點
106‧‧‧主動的光感測器區域
107‧‧‧濾光片
108‧‧‧導線架指狀部
109‧‧‧晶粒附接焊盤
110‧‧‧接合線
112‧‧‧模製材料
114‧‧‧PLDSD的頂表面
116‧‧‧PLDSD的週邊表面
118‧‧‧PLDSD的底表面
120‧‧‧非成像光學聚光器
122‧‧‧非成像光學聚光器的內表面
123‧‧‧反射的材料
124‧‧‧非成像光學聚光器的內部體積
125‧‧‧透光的材料
126‧‧‧入口孔
128‧‧‧出口孔

Claims (20)

  1. 一種經封裝的光偵測器半導體裝置，其係包括：一光偵測器晶粒，其係具有一包含一主動的光感測器區域的表面；一非成像光學聚光器，其係包含彼此軸向地對準並且和該主動的光感測器區域軸向地對準的一入口孔及一出口孔；以及一模製材料，其係形成該非成像光學聚光器並且囊封延伸超出該非成像光學聚光器的該出口孔的該光偵測器晶粒的該表面的至少一部分。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中：該主動的光感測器區域係相鄰該非成像光學聚光器的該出口孔；以及該非成像光學聚光器的該入口孔及該出口孔係分開一軸向距離，其是實質等於在該入口孔以及該主動的光感測器區域之間的一軸向距離。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中：該非成像光學聚光器係適配於聚集來自該入口孔的光朝向該出口孔並且到該主動的光感測器區域之上。
  4. 如申請專利範圍第3項之裝置，其進一步包括：在該主動的光感測器區域以及該非成像光學聚光器的該出口孔之間的一濾光片；其中該濾光片係適配於在該光到達該主動的光感測器區域之前，對於至少一些波長的光進行吸收或反射中的至少一者。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其進一步包括：設置在該非成像光學聚光器的一內表面上之一反射的材料。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中： 形成該非成像光學聚光器並且囊封延伸超出該非成像光學聚光器的該出口孔的該光偵測器晶粒的該第一表面的至少一部分的該模製材料係包括一不透明的模製材料；以及其進一步包括填入該非成像光學聚光器的一內部體積的至少一部分之一透光的模製材料。
  7. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中該透光的模製材料係填入該非成像光學聚光器的該內部體積，使得該不透明的模製材料的一頂表面以及該透光的模製材料的一頂表面是彼此實質齊平的。
  8. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該非成像光學聚光器係包括一複合拋物面聚光器(CPC)。
  9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其進一步包括：在該光偵測器晶粒上的晶粒接點；在該光偵測器晶粒遠端的封裝接點；以及將該光偵測器晶粒上的該些晶粒接點電連接至在該光偵測器晶粒遠端的該些封裝接點之接合線；其中形成該非成像光學聚光器並且囊封超出該非成像光學聚光器的該出口孔的該光偵測器晶粒的該第一表面的部分的該模製材料亦囊封該些晶粒接點、該些接合線以及該些封裝接點的至少一部分。
  10. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中：該出口孔的一面積實質等於或小於該主動的光感測器區域的一面積，因而實質全部到達該出口孔的光被導引朝向該主動的光感測器區域。
  11. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該出口孔的一面積以及該主動 的光感測器區域的一面積是在彼此的20%之內。
  12. 如申請專利範圍第1項之裝置，其進一步包括：一第二主動的光感測器區域；以及一第二非成像光學聚光器，其包含彼此軸向地對準並且和該第二主動的光感測器區域軸向地對準之一第二入口孔以及一第二出口孔；其中該光偵測器晶粒的該表面包含彼此間隔開的該主動的光感測器區域以及該第二主動的光感測器區域兩者；其中該模製材料形成該非成像光學聚光器以及該第二非成像光學聚光器兩者，並且囊封延伸超出該非成像光學聚光器的該出口孔以及該第二非成像光學聚光器的該第二出口孔的該光偵測器晶粒的該表面的部分；以及其中該些主動的光感測器區域中之一是用於作為一環境光感測器而使用，並且該些主動的光感測器區域中之另一個是用於作為一光學近場感測器的部分而使用。
  13. 一種用於製造一經封裝的光偵測器半導體裝置之方法，該經封裝的光偵測器半導體裝置包括具有一表面之一光偵測器晶粒，該表面包含一主動的光感測器區域，該方法包括：(a)從一模製材料模製一非成像光學聚光器，該非成像光學聚光器包含彼此軸向地對準並且和該主動的光感測器區域軸向地對準的一入口孔及一出口孔；以及(b)利用該模製材料以囊封延伸超出該非成像光學聚光器的該出口孔的該光偵測器晶粒的該表面的至少一部分。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中步驟(a)及(b)係同時加以執行。
  15. 如申請專利範圍第13項之方法，其進一步包括：(c)在該非成像光學聚光器的一內表面上沉積一反射的材料。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其進一步包括：(d)利用另一模製材料以填充該非成像光學聚光器的一內部體積的至少一部分，其中該另一模製材料是透光的。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中：該光偵測器晶粒的一表面亦包含一第二主動的光感測器區域；步驟(a)亦包括從該模製材料來模製一第二非成像光學聚光器，該第二非成像光學聚光器係包含彼此軸向地對準並且和該第二主動的光感測器區域軸向地對準之一第二入口孔以及一第二出口孔；以及步驟(b)係包含利用該模製材料以囊封延伸超出該非成像光學聚光器的該出口孔以及該第二非成像光學聚光器的該第二出口孔的該光偵測器晶粒的該表面的部分；以及其中該些主動的光感測器區域中之一是用於作為一環境光感測器而使用，並且該些主動的光感測器區域中之另一個是用於作為一光學近場感測器的部分而使用。
  18. 一種用於製造複數個經封裝的光偵測器半導體裝置之方法，該複數個經封裝的光偵測器半導體裝置的每一個包括包含至少一主動的光感測器區域的一光偵測器晶粒，該方法包括：(a)附接複數個該光偵測器晶粒的每一個至一封裝基板；(b)電連接該些光偵測器晶粒至該封裝基板的封裝接點；(c)從一模製材料來模製用於該複數個光偵測器晶粒的每個光偵測器晶 粒的至少一非成像光學聚光器，其中每個非成像光學聚光器係包含彼此軸向地對準並且和該些光偵測器晶粒中之一的一主動的光感測器區域軸向地對準之一入口孔及一出口孔；(d)在該些非成像光學聚光器的每一個的一內表面上沉積一反射的材料；(e)利用另一模製材料以填充該些非成像光學聚光器的每一個的一內部體積的至少一部分，其中該另一模製材料是透光的；以及(f)執行單粒化以藉此分開該封裝基板及模製材料成為複數個個別的經封裝的光偵測器半導體裝置，該複數個個別的經封裝的光偵測器半導體裝置的每一個係包括該些光偵測器晶粒中之一以及一對應的非成像光學聚光器，該對應的非成像光學聚光器係至少部分地填入透光的該另一模製材料。
  19. 一種系統，其係包括：一經封裝的光偵測器半導體裝置，其係被配置以產生指出偵測到的光的一輸出信號；以及一子系統，其係根據藉由該經封裝的光偵測器半導體裝置所產生的該輸出信號而被致能、禁能及/或調整；其中該經封裝的光偵測器半導體裝置係包含具有一表面之一光偵測器晶粒，該表面包含一主動的光感測器區域；一非成像光學聚光器，其包含彼此軸向地對準並且和該主動的光感測器區域軸向地對準的一入口孔及一出口孔；以及一模製材料，其形成該非成像光學聚光器並且囊封延伸超出該非成 像光學聚光器的該出口孔的該光偵測器晶粒的該表面的至少一部分。
  20. 如申請專利範圍第19項之系統，其進一步包括：一比較器及/或處理器，其被配置以執行指出偵測到的光的該輸出信號與一或多個臨界值之一比較，以及根據該比較的結果以致能、禁能及/或調整該子系統。
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