CN114242796A - 一种光传感器结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光传感器结构及其制造方法，光传感器结构包括透光玻璃衬底，透光玻璃衬底上具有用于连接ASIC芯片的pad，且透光玻璃衬底上通过Bump实现ASIC芯片与外电路的电气连接；在透光玻璃衬底上通过封装材料将Bump、ASIC芯片封装在一起，ASIC芯片的感光区域通过密封层与封装材料隔绝，Bump从封装材料表面外露出来。透光玻璃衬底的表面设置有RDL布线，ASIC芯片通过pad采用倒装形式连接RDL布线。Bump通过与封装材料一起打磨而外露，再通过Reflow工艺对Bump进行成型。本发明能够缩小产品的封装尺寸，减小产品厚度且解决衬底翘曲，提高产品集成度以及可靠性。

Description

一种光传感器结构及其制造方法

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种光传感器结构及其制造方法。

背景技术

光传感器通常指能够将感应到的光能量转换成电信号的一种传感装置，主要由光敏元件组成，可以感应的光能量类型从紫外光到红外光，光传感器分为环境光传感器、红外光传感器、太阳光传感器、紫外光传感器四类，可应用在多种消费电子产品和智能照明系统等领域。

光传感器的暗电流小，低照度响应，灵敏度高，电流随光照度增强呈线性变化；内置双敏感元，自动衰减近红外，光谱响应接近人眼函数曲线；内置微信号CMOS放大器、高精度电压源和修正电路，输出电流大，工作电压范围宽，温度稳定性好；可选光学纳米材料封装，可见光透过，紫外光截止、近红外相对衰减，增强了光学滤波效果。

如图1所示，胶粘固定式是现有的光传感器的一种常见的封装方式。在有机基板或金属框架(Substrate)上通过粘胶膜(Die Attach Film，DAF)或胶水(Epoxy glue)固定ASIC光学芯片，在ASIC芯片上通过粘胶膜或胶水固定透光玻璃，从而形成透光区域，再利用金属线将ASIC芯片与基板或框架进行焊接连通，最后用改性树脂将芯片、焊线与接触面的基板包裹密封起来，即完成光传感元器件的封装。然而，随着半导体组合器件小型化的改进趋势，现有的胶粘光学封装元器件对于一些产品应用可能过厚(约为0.8-1.0mm)，金属焊线与芯片信号之间的相互干扰、且考虑到有机衬底(Substrate)与改性树脂塑封化合物之间可能会发生热膨胀系数(CTE)失配而导致衬底翘曲的问题。因此，需要减小厚度且解决衬底翘曲，以便迎合需要足够薄、光学信号更快、更强、更稳定的光学封装结构的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种光传感器结构及其制造方法，缩小封装尺寸，能够使终端模块体积小、提高集成度以及可靠性。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种光传感器结构，包括透光玻璃衬底，所述的透光玻璃衬底上具有用于连接ASIC芯片的pad，且透光玻璃衬底上通过Bump实现ASIC芯片与外电路的电气连接；在所述的透光玻璃衬底上通过封装材料将Bump、ASIC芯片封装在一起，所述ASIC芯片的感光区域通过密封层与封装材料隔绝，所述的Bump从封装材料表面外露出来。

作为本发明光传感器结构的一种优选方案，所述透光玻璃衬底的表面设置有RDL布线，ASIC芯片通过pad采用倒装形式连接RDL布线。

作为本发明光传感器结构的一种优选方案，所述的Bump采用植金球或焊锡球、铜柱在透光玻璃衬底上形成，Bump连接RDL布线。

作为本发明光传感器结构的一种优选方案，所述的密封层为使用覆膜工艺覆盖设置在ASIC芯片上表面连接至Bump外周的密封层，或者通过透明物质填充在ASIC芯片的感光区域与透光玻璃衬底接触面之间形成的密封层，所述的透明物质为胶水或塑封化合物；所述的封装材料为改性树脂塑封化合物材料。

作为本发明光传感器结构的一种优选方案，所述的Bump通过与封装材料一起打磨而外露，再通过Reflow工艺对Bump进行成型。

本发明还提供一种所述光传感器结构的制造方法，包括：

在透光玻璃衬底的表面设置RDL布线，并形成Bump；

在透光玻璃衬底设置pad，采用FC工艺将ASIC芯片连接pad上；

将ASIC芯片、Bump与透光玻璃衬底通过封装材料封装在一起，封装前将ASIC芯片的感光区域通过密封层与封装材料隔绝；

通过打磨使Bump从封装材料表面外露出来；

采用Reflow工艺使打磨后的Bump成型，制造完成。

作为本发明光传感器结构制造方法的一种优选方案，同时在一块透光玻璃衬底的表面制造若干个光传感器结构，制造完成之后进行印章标识，切割成单颗产品。

作为本发明光传感器结构制造方法的一种优选方案，在透光玻璃衬底的表面通过采用植金球或焊锡球、铜柱的方式在透光玻璃衬底上形成Bump。

作为本发明光传感器结构制造方法的一种优选方案，所述将ASIC芯片的感光区域通过密封层与封装材料隔绝的步骤包括如下方式：

使用覆膜工艺在ASIC芯片上表面以及Bump外周覆盖设置密封层；或者将透明物质填充在ASIC芯片的感光区域与透光玻璃衬底之间形成密封层，所述的透明物质为胶水或塑封化合物；所述的封装材料采用改性树脂塑封化合物材料。

作为本发明光传感器结构制造方法的一种优选方案，通过over molding工艺将ASIC芯片、Bump与透光玻璃衬底通过封装材料封装在一起，封装材料能够提供机械支撑。

相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：

采用了透光玻璃衬底，ASIC芯片与透光玻璃衬底上的pad相连，透光玻璃衬底上通过Bump实现ASIC芯片与外电路的电气连接，本发明光传感器结构的可靠性高，且与终端模块兼容性好，能使终端模块体积小、集成度高，其厚度相比现有的粘胶固定式能够减小40％-50％。本发明ASIC芯片的感光区域通过密封层与封装材料隔绝，能够防止在透光玻璃衬底上通过封装材料将Bump、ASIC芯片封装在一起时，封装材料进入感光区域，而影响产品外观不良及传感效果。利用本发明的结构能够制成封装尺寸满足客户要求的产品。

进一步的，本发明透光玻璃衬底的表面设置有RDL布线，ASIC芯片通过pad采用倒装形式连接RDL布线。倒装芯片可减小芯片信号之间的互扰焊线，I/O密度及数量更多，散热性能更好，且能够改善有机衬底(Substrate)与改性树脂塑封化合物之间可能会发生热膨胀系数(CTE)失配而导致衬底翘曲的问题，能配合回流焊(Reflow)工艺批量生产。

附图说明

图1现有胶粘固定式封装的光传感器结构示意图；

图2本发明光传感器结构示意图；

图3本发明光传感器结构制造方法在透光玻璃衬底表面设置RDL布线与Bump示意图；

图4本发明光传感器结构制造方法采用FC工艺将ASIC芯片连接pad示意图；

图5(a)本发明光传感器结构制造方法使用覆膜工艺设置密封层的示意图；

图5(b)本发明光传感器结构制造方法使用透明物质填充密封层的示意图；

图6本发明光传感器结构制造方法通过over molding工艺封装的示意图；

图7本发明光传感器结构制造方法打磨使Bump从封装材料表面外露示意图；

图8本发明光传感器结构制造方法采用Reflow工艺使打磨后的Bump成型的示意图；

附图中：1-透光玻璃衬底；2-ASIC芯片；3-感光区域；4-封装材料；5-Bump；6-pad；7-RDL布线；8-金属焊线；9-透光玻璃；10-DAF或Epoxy glue；11-基板或金属框架。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，在现有胶粘固定式封装的光传感器结构，在基板或金属框架11上通过DAF或Epoxy glue 10固定ASIC光学芯片，在ASIC芯片2上通过DAF或Epoxy glue 10固定透光玻璃9，从而形成透光区域，再利用金属焊线8将ASIC芯片2与基板或金属框架11进行焊接连通，最后用封装材料4将ASIC芯片2、金属焊线8与基板或金属框架11接触面包裹密封起来，即完成光传感元器件的封装。这种封装形式过厚，金属焊线8与ASIC芯片2信号之间会干扰，同时封装材料4采用改性树脂塑封化合物，基板或金属框架11采用有机基板时，与改性树脂塑封化合物之间可能会发生热膨胀系数失配而导致衬底翘曲的问题。

参见图2，本发明提出的一种光传感器结构，使用FC(Flip chip，倒装)工艺加overmolding(覆盖芯片塑封)工艺后再次打磨露出Bump(焊球)的封装形式，形成封装尺寸满足客户要求的产品。

本发明光传感器结构包括透光玻璃衬底1，透光玻璃衬底1上具有用于连接ASIC芯片2(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路芯片)的pad 6(焊点)，且所述透光玻璃衬底1上通过Bump 5实现ASIC芯片2与外电路的电气连接。透光玻璃衬底1的表面设置有RDL布线7，ASIC芯片2通过pad 6采用倒装形式连接RDL布线7。Bump 5采用植金球或焊锡球、铜柱在透光玻璃衬底1上形成，Bump 5连接RDL布线7。在透光玻璃衬底1上通过封装材料4将Bump 5、ASIC芯片2封装在一起，ASIC芯片2的感光区域3(Photosensitivearea)通过密封层与封装材料4隔绝，所述的密封层为使用覆膜工艺(Vacuum Laminating)将片状塑封树脂材料覆盖在ASIC芯片2上表面以及Bump 5外周所形成的空腔区域，或者通过透明物质填充在ASIC芯片2的感光区域3与透光玻璃衬底1接触面之间形成的密封层，所述的透明物质为胶水或塑封化合物，所述的封装材料4为改性树脂塑封化合物材料。Bump 5从封装材料4表面外露出来，所述的Bump 5通过与封装材料4一起打磨而外露，再通过Reflow工艺对Bump 5进行成型。

相比于图1所示现有胶粘固定式封装的光传感器结构，采用本发明光传感器结构的器件可靠性更高且与终端模块兼容性更好，能使终端模块体积小集成度高，其厚度相比现有的粘胶固定式能减小40％-50％，同时，倒装芯片可减小芯片信号之间的互扰焊线，I/O密度及数量更多，散热性能更好，且能够改善有机衬底(Substrate)与改性树脂塑封化合物之间可能会发生热膨胀系数(CTE)失配而导致衬底翘曲的问题，能配合回流焊(Reflow)工艺批量生产。

本发明另一实施例提出一种所述光传感器结构的制造方法，包括：

步骤1：如图3所示，对透光玻璃衬底1(Substrate)采用RDL(铝垫)布线7工艺进行布线，并采用植金球(Gold stud bond)或焊锡球(Solder)、铜柱(Cu pillar)等工艺形成Bump 5(焊盘)，将来用于实现ASIC芯片2与透光玻璃衬底1和外电路之间的电气连接。

步骤2：如图4所示，使用FC(倒装)工艺将ASIC芯片2焊接在透光玻璃衬底1的金属pad 6(焊点)上，将ASIC芯片2与透光玻璃衬底1连接。

步骤3：将ASIC芯片2的感光区域3通过密封层与封装材料4隔绝，设置密封层的具体方式包括：如图5(a)所示，使用覆膜工艺(Vacuum Laminating)将片状塑封树脂材料覆盖在ASIC芯片2上表面以及Bump 5外周所形成的空腔区域；或者如图5(b)所示，将透明物质填充在ASIC芯片2的感光区域3与透光玻璃衬底1之间形成密封层，透明物质为胶水或塑封化合物。封装材料4采用改性树脂塑封化合物材料，通过密封层将来防止封装材料4进入感光区域3(Photosensitive area)而影响产品外观及传感效果。

步骤4：如图6所示，通过over molding工艺将ASIC芯片2、Bump 5与透光玻璃衬底1的接触面进行密封，保护光传感元器件不受外界环境干扰，并提供机械支撑。

步骤5：如图7所示，采用打磨工艺，Bump 5通过与封装材料4一起打磨而外露。

步骤6：如图8所示，采用Reflow工艺使Bump 5进行成型。

步骤7：进行印章标识。

步骤8：切割成单颗产品。

本发明方法制造的光传感器结构封装尺寸可以变得更小，能够减小产品厚度且解决衬底翘曲，适于足够薄、光学信号更快、更强、更稳定的光学封装结构的应用需要。

以上所述的仅仅是本发明的较佳实施方式，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书涵盖的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光传感器结构，其特征在于：包括透光玻璃衬底(1)，所述的透光玻璃衬底(1)上具有用于连接ASIC芯片(2)的pad(6)，且透光玻璃衬底(1)上通过Bump(5)实现ASIC芯片(2)与外电路的电气连接；在所述的透光玻璃衬底(1)上通过封装材料(4)将Bump(5)、ASIC芯片(2)封装在一起，所述ASIC芯片(2)的感光区域(3)通过密封层与封装材料(4)隔绝，所述的Bump(5)从封装材料(4)表面外露出来。

2.根据权利要求1所述的光传感器结构，其特征在于：所述透光玻璃衬底(1)的表面设置有RDL布线(7)，ASIC芯片(2)通过pad(6)采用倒装形式连接RDL布线(7)。

3.根据权利要求2所述的光传感器结构，其特征在于：所述的Bump(5)采用植金球或焊锡球、铜柱在透光玻璃衬底(1)上形成，Bump(5)连接RDL布线(7)。

4.根据权利要求1所述的光传感器结构，其特征在于：所述的密封层为使用覆膜工艺覆盖设置在ASIC芯片(2)上表面连接至Bump(5)外周的密封层，或者通过透明物质填充在ASIC芯片(2)的感光区域(3)与透光玻璃衬底(1)接触面之间形成的密封层，所述的透明物质为胶水或塑封化合物；所述的封装材料(4)为改性树脂塑封化合物材料。

5.根据权利要求1所述的光传感器结构，其特征在于：所述的Bump(5)通过与封装材料(4)一起打磨而外露，再通过Reflow工艺对Bump(5)进行成型。

6.一种如权利要求1-5中任意一项所述光传感器结构的制造方法，其特征在于，包括：

在透光玻璃衬底(1)的表面设置RDL布线(7)，并形成Bump(5)；

在透光玻璃衬底(1)设置pad(6)，采用FC工艺将ASIC芯片(2)连接pad(6)上；

将ASIC芯片(2)、Bump(5)与透光玻璃衬底(1)通过封装材料(4)封装在一起，封装前将ASIC芯片(2)的感光区域(3)通过密封层与封装材料(4)隔绝；

通过打磨使Bump(5)从封装材料(4)表面外露出来；

采用Reflow工艺使打磨后的Bump(5)成型，制造完成。

7.根据权利要求6的制造方法，其特征在于：同时在一块透光玻璃衬底(1)的表面制造若干个光传感器结构，制造完成之后进行印章标识，切割成单颗产品。

8.根据权利要求6的制造方法，其特征在于：在透光玻璃衬底(1)的表面通过采用植金球或焊锡球、铜柱的方式在透光玻璃衬底(1)上形成Bump(5)。

9.根据权利要求6的制造方法，其特征在于，所述将ASIC芯片(2)的感光区域(3)通过密封层与封装材料(4)隔绝的步骤包括如下方式：

使用覆膜工艺在ASIC芯片(2)上表面以及Bump(5)外周覆盖设置密封层；或者将透明物质填充在ASIC芯片(2)的感光区域(3)与透光玻璃衬底(1)之间形成密封层，所述的透明物质为胶水或塑封化合物；所述的封装材料(4)采用改性树脂塑封化合物材料。

10.根据权利要求6的制造方法，其特征在于：通过over molding工艺将ASIC芯片(2)、Bump(5)与透光玻璃衬底(1)通过封装材料(4)封装在一起，封装材料(4)能够提供机械支撑。

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