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CN116093093A - 一种环境和接近传感器封装方法及传感器 - Google Patents

一种环境和接近传感器封装方法及传感器 Download PDF

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CN116093093A CN202211477209.8A CN202211477209A CN116093093A CN 116093093 A CN116093093 A CN 116093093A CN 202211477209 A CN202211477209 A CN 202211477209A CN 116093093 A CN116093093 A CN 116093093A
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environmental
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王邦旭
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Lafley Technology Suzhou Co ltd
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Lafley Technology Suzhou Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种环境和接近传感器封装方法及传感器，本发明环境和接近传感器封装方法通过在硅晶圆衬底的正面不同区域分别制作光感功能区和发光功能区，然后进行引线键合，实现将两种功能集成在一个硅晶圆上，大大降低了产品的X、Y方向的尺寸。同时，芯片信号引出采用重布线工艺，省去PCB板，大大降低了产品Z方向尺寸；此外，整个芯片工艺采用晶圆级键合工艺，无需单颗作业，大大提高了生产效率。

Description

一种环境和接近传感器封装方法及传感器
技术领域
本发明涉及芯片封装技术领域，特别涉及一种环境和接近传感器封装方法及传感器。
背景技术
智能设备的小型化是基于其构成部件的小型化。环境与接近传感器组合了光感应芯片和发光芯片，传统工艺上，此两种晶片分别采用不同的晶圆制造，再分别组合到PCB基板上封装，这种封装方式主要有以下缺点：
一、光感应芯片以及发光芯片和PCB基板之间采用引线键合(Wire Bonding)方式连接，芯片间需要足够的空间以备引线键合，制约了此种传感器小尺寸方向发展；
二、PCB基板难以薄型化，制约了此种传感器的薄型化发展；
三、光感应芯片以及发光芯片和PCB的固晶和引线键合都是需要逐个操作，生产效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种尺寸小、厚度薄、生产效率高的环境和接近传感器封装方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种环境和接近传感器封装方法，包括以下步骤：
S1、在硅晶圆衬底的正面制作光感功能区以及用于将所述光感功能区信号引出的第一金属焊垫；
S2、在所述硅晶圆衬底的正面制作发光功能区以及用于将所述发光功能区信号引出的第二金属焊垫；
S3、将所述硅晶圆衬底的背面减薄，并在所述硅晶圆衬底上制作硅通孔；
S4、在所述硅通孔内和硅晶圆衬底的背面制作第一绝缘层；
S5、在所述第一绝缘层上制作重布线层，将光感功能区信号和发光功能区信号引至所述硅晶圆衬底的背面；
S6、在所述重布线层上制作第二绝缘层并暴露出焊盘开口；
S7、在所述光感功能区和发光功能区上制作透明树脂透镜；
S8、在所述光感功能区和发光功能区之间制作光学封盖，以将所述光感功能区和发光功能区进行光学隔断；
S9、进行切割分粒，将光感功能和发光功能集成在单颗芯片内。
在本发明的一个实施例中，步骤S1中，采用标准CMOS工艺在硅晶圆衬底的正面制作光感功能区。
在本发明的一个实施例中，步骤S2中，采用异质外延技术在所述硅晶圆衬底的正面外延化合物半导体材料，以形成所述发光功能区。
在本发明的一个实施例中，所述化合物半导体材料为GaAs。
在本发明的一个实施例中，步骤S3中，采用光刻和干法蚀刻在所述硅晶圆衬底上制作硅通孔。
在本发明的一个实施例中，步骤S3还包括：采用在所述硅晶圆衬底的正面贴支撑胶带，或者临时键合载板来增加所述硅晶圆衬底的强度。
在本发明的一个实施例中，步骤S4中，采用PECVD或者绝缘材料喷涂方式，在所述硅通孔内和硅晶圆衬底的背面制作第一绝缘层。
在本发明的一个实施例中，步骤S7中，采用注塑成型或者点胶工艺，在所述光感功能区和发光功能区上制作透明树脂透镜。
在本发明的一个实施例中，步骤S8中，先采用注塑工艺形成光学封盖，再用胶水将所述光学封盖键合在所述硅晶圆衬底的正面，位于光感功能区和发光功能区之间。
本发明还提供一种环境和接近传感器，其采用上述任一所述的环境和接近传感器封装方法封装得到。
本发明的有益效果：
本发明环境和接近传感器封装方法通过在硅晶圆衬底的正面不同区域分别制作光感功能区和发光功能区，然后进行引线键合，实现将两种功能集成在一个硅晶圆上，大大降低了产品的X、Y方向的尺寸。
同时，芯片信号引出采用重布线工艺，省去PCB板，大大降低了产品Z方向尺寸；
此外，整个芯片工艺采用晶圆级键合工艺，无需单颗作业，大大提高了生产效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例中环境和接近传感器封装方法中步骤S1的示意图；
图2是本发明实施例中环境和接近传感器封装方法中步骤S2的示意图；
图3是本发明实施例中环境和接近传感器封装方法中步骤S3的示意图；
图4是本发明实施例中环境和接近传感器封装方法中步骤S4的示意图；
图5是本发明实施例中环境和接近传感器封装方法中步骤S5的示意图；
图6是本发明实施例中环境和接近传感器封装方法中步骤S6的示意图；
图7是本发明实施例中环境和接近传感器封装方法中步骤S7的示意图；
图8是本发明实施例中环境和接近传感器封装方法中步骤S8的示意图；
图9是本发明实施例中环境和接近传感器封装方法中步骤S9的示意图。
标记说明：
1、硅晶圆衬底；2、光感功能区；3、第一金属焊垫；4、发光功能区；5、第二金属焊垫；6、硅通孔；7、第一绝缘层；8、重布线层；9、第二绝缘层；10、透明树脂透镜；11、光学封盖。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
如图1-9所示，本实施例公开了一种环境和接近传感器封装方法，包括以下步骤：
S1、在硅晶圆衬底1的正面制作光感功能区2以及用于将所述光感功能区2信号引出的第一金属焊垫3；参照图1。
在其中一实施例中，采用标准CMOS工艺在硅晶圆衬底1的正面制作光感功能区2。
S2、在所述硅晶圆衬底1的正面制作发光功能区4以及用于将所述发光功能区4信号引出的第二金属焊垫5；参照图2。
在其中一实施例中，采用异质外延技术在所述硅晶圆衬底1的正面外延化合物半导体材料，以形成所述发光功能区4。可选地，所述化合物半导体材料为GaAs等。
S3、将所述硅晶圆衬底1的背面减薄，并在所述硅晶圆衬底1上制作硅通孔6；参照图3。可选地，采用晶圆减薄机机械式将硅晶圆衬底1减薄。
在其中一实施例中，采用光刻和干法蚀刻在所述硅晶圆衬底1上制作硅通孔6。
可选地，硅晶圆衬底1减薄后，步骤S3还包括：采用在所述硅晶圆衬底1的正面贴支撑胶带，或者临时键合载板来增加所述硅晶圆衬底1的强度。
S4、在所述硅通孔6内和硅晶圆衬底1的背面制作第一绝缘层7；参照图4。
在其中一实施例中，采用PECVD或者绝缘材料喷涂方式，在所述硅通孔6内和硅晶圆衬底1的背面制作第一绝缘层7，防止重布线层8和硅晶圆衬底1漏电。
S5、在所述第一绝缘层7上制作重布线层8，将光感功能区2信号和发光功能区4信号引至所述硅晶圆衬底1的背面；参照图5。具体地，采用半导体通用的重布线工艺制作重布线层8。
S6、在所述重布线层8上制作第二绝缘层9并暴露出焊盘开口；参照图6。第二绝缘层9对重布线层8进行保护。
具体地，采用标准的光刻工艺，用有机材料(譬如PI胶，绿油等)用光刻方式制作一层绝缘材料，并暴露出焊盘开口。
S7、在所述光感功能区2和发光功能区4上制作透明树脂透镜10；参照图7。
可选地，采用注塑成型或者点胶工艺，在所述光感功能区2和发光功能区4上制作透明树脂透镜10，以便光的发射和吸收，以及器件的保护。
S8、在所述光感功能区2和发光功能区4之间制作光学封盖11，以将所述光感功能区2和发光功能区4进行光学隔断；参照图8。光学封盖11可防止光串扰；另一方面，光学封盖11高度略高于透明树脂透镜10，可起到保护透明树脂透镜10的作用。
具体地，先采用注塑工艺形成光学封盖11，再利用晶圆级键合机，用胶水将所述光学封盖11键合在所述硅晶圆衬底1的正面，位于光感功能区2和发光功能区4之间。
S9、进行切割分粒，将光感功能和发光功能集成在单颗芯片内。参照图9。
可选地，通过机械刀片或者激光将芯片切割分粒。
本发明环境和接近传感器封装方法通过在硅晶圆衬底的正面不同区域分别制作光感功能区和发光功能区，然后进行引线键合，实现将两种功能集成在一个硅晶圆上，大大降低了产品的X、Y方向的尺寸。
同时，芯片信号引出采用重布线工艺，省去PCB板，大大降低了产品Z方向尺寸；
此外，整个芯片工艺采用晶圆级键合工艺，无需单颗作业，大大提高了生产效率。
实施例二
本实施例公开了一种环境和接近传感器，其采用实施例一中的环境和接近传感器封装方法封装得到，其结构可参照图8。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种环境和接近传感器封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在硅晶圆衬底的正面制作光感功能区以及用于将所述光感功能区信号引出的第一金属焊垫；
S2、在所述硅晶圆衬底的正面制作发光功能区以及用于将所述发光功能区信号引出的第二金属焊垫；
S3、将所述硅晶圆衬底的背面减薄，并在所述硅晶圆衬底上制作硅通孔；
S4、在所述硅通孔内和硅晶圆衬底的背面制作第一绝缘层；
S5、在所述第一绝缘层上制作重布线层，将光感功能区信号和发光功能区信号引至所述硅晶圆衬底的背面；
S6、在所述重布线层上制作第二绝缘层并暴露出焊盘开口；
S7、在所述光感功能区和发光功能区上制作透明树脂透镜；
S8、在所述光感功能区和发光功能区之间制作光学封盖，以将所述光感功能区和发光功能区进行光学隔断；
S9、进行切割分粒，将光感功能和发光功能集成在单颗芯片内。
2.如权利要求1所述的环境和接近传感器封装方法，其特征在于，步骤S1中，采用标准CMOS工艺在硅晶圆衬底的正面制作光感功能区。
3.如权利要求1所述的环境和接近传感器封装方法，其特征在于，步骤S2中，采用异质外延技术在所述硅晶圆衬底的正面外延化合物半导体材料，以形成所述发光功能区。
4.如权利要求3所述的环境和接近传感器封装方法，其特征在于，所述化合物半导体材料为GaAs。
5.如权利要求1所述的环境和接近传感器封装方法，其特征在于，步骤S3中，采用光刻和干法蚀刻在所述硅晶圆衬底上制作硅通孔。
6.如权利要求1所述的环境和接近传感器封装方法，其特征在于，步骤S3还包括：采用在所述硅晶圆衬底的正面贴支撑胶带，或者临时键合载板来增加所述硅晶圆衬底的强度。
7.如权利要求1所述的环境和接近传感器封装方法，其特征在于，步骤S4中，采用PECVD或者绝缘材料喷涂方式，在所述硅通孔内和硅晶圆衬底的背面制作第一绝缘层。
8.如权利要求1所述的环境和接近传感器封装方法，其特征在于，步骤S7中，采用注塑成型或者点胶工艺，在所述光感功能区和发光功能区上制作透明树脂透镜。
9.如权利要求1所述的环境和接近传感器封装方法，其特征在于，步骤S8中，先采用注塑工艺形成光学封盖，再用胶水将所述光学封盖键合在所述硅晶圆衬底的正面，位于光感功能区和发光功能区之间。
10.一种环境和接近传感器，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的环境和接近传感器封装方法封装得到。
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