具有互连层的接近检测器设备及相关方法
【专利摘要】本发明公开了一种接近检测器设备，可以包括：第一互连层，包括第一电介质层以及由其承载的多个第一导电迹线；IC层，在所述第一互连层之上并且具有图像传感器IC以及与所述图像传感器IC横向间隔的光源IC。所述接近检测器可以包括第二互连层，其在所述IC层之上并且具有第二电介质层以及由其承载的多个第二导电迹线。所述第二互连层可以具有在其中的分别与所述图像传感器IC和所述光源IC对准的第一开口和第二开口。所述图像传感器IC和所述光源IC中的每个可以被耦合到所述第一导电迹线和第二导电迹线。所述接近检测器可以包括透镜组件，其在所述第二互连层之上并且包括分别与所述第一开口和第二开口对准的第一透镜和第二透镜。
【专利说明】具有互连层的接近检测器设备及相关方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及图像传感器设备领域，并且更具体地涉及接近检测器设备及相关方 法。
【背景技术】
[0002] -般而言，电子设备包含一个或者多个用于提供增强的媒体功能的图像传感器模 块。例如，典型的电子设备可以利用图像传感器模块来进行影像捕获或者视频电话会议。一 些电子设备包括用于其它目的的附加的图像传感器设备，诸如接近检测器。
[0003] 例如，电子设备可以使用接近检测器来提供对象距离，用于向相机专用的图像传 感器模块提供聚焦调整。在移动设备应用中，当用户的手在附近时，可以使用接近检测器来 检测，从而快速地并且准确地将设备从省电睡眠模式中唤醒。一般而言，接近检测器包括将 辐射指向潜在的附近对象的光源，以及接收由附近对象反射的辐射的图像传感器。
[0004] 例如，已转让给本申请的受让人的发明人为布罗迪等的第2009/0057544号美国 专利申请公开了用于移动设备的图像传感器模块。该图像传感器模块包括透镜，承载透镜 的外壳，以及在透镜和外壳上方的透镜盖。该图像传感器模块包括用于调整透镜的镜筒构 件。在制造包括一个或者多个图像传感器模块的电子设备期间，尤其在大批量生产中，希望 尽可能快速地制造电子产品。
[0005] 在多步骤过程中制造典型的图像传感器模块。第一步包括半导体处理以提供图像 传感器集成电路（1C)。下一步包括一些形式的针对图像传感器1C的测试和封装。如果需 要，可以将图像传感器1C连同透镜和可移动镜筒一起装配到图像传感器模块中。可以手动 地或者经由机器执行图像传感器模块的这一装配。例如，在使用表面安装组件的电子设备 中，拾取和放置（pick-and-place(P&P))机器可以将组件装配到印刷电路板（PCB)上。此 类单独封装的缺点在于，其效率可能相当低并且其还可能要求独立地检测每个设备，增加 了制造时间。
[0006] 在已转让给本申请的受让人的、发明人为科菲等的第2012/0248625号美国专利 申请公开中公开了图像传感器的方法。这个图像传感器包括透明支承、在透明支承上的一 对1C、以及在透明支承上并且围绕这一对1C的封装材料。
[0007] 现在参考图1，如在现有技术中，接近检测器20包括电介质层26、在电介质层上的 图像传感器IC24、同样在电介质层上的光源设备22以及在图像传感器1C和电介质层之间 的粘接材料25。接近检测器20包括定位在电介质层26上并且具有在其中具有多个开口 31、32a-32b的盖体21，以及覆盖光源设备22的透明粘接材料23。接近检测器20还包括由 盖体21承载的透镜27,以及多个焊线29a-29c，该焊线29a-29c将图像传感器IC24和光源 设备22耦合到电介质层26上的导电迹线。接近检测器20还包括在图像传感器IC24和透 镜27之间的附加的透明粘接材料28。这种接近检测器20的潜在缺点包括使用P&P设备的 多步骤高精度封装过程。同样，由于尺寸约束，该接近检测器20可能较不可靠并且难以集 成到移动设备中。
【发明内容】
[0008] 鉴于前述的【背景技术】，因此本公开的目的在于提供一种高效制造的接近检测器设 备。
[0009] 根据本公开的这个目的和其它目的、特征和优势由以下接近检测器设备提供，该 接近检测器设备包括：第一互连层，包括第一电介质层以及由其承载的多个第一导电迹线； 1C层，在第一互连层之上并且包括图像传感器1C以及与图像传感器1C横向间隔的光源 1C。接近检测器可以包括第二互连层，其在1C层之上并且包括第二电介质层以及由其承载 的多个第二导电迹线。第二互连层可以具有在其中的分别与图像传感器1C和光源1C对准 的第一和第二开口。图像传感器1C和光源1C中的每个可以被耦合到多个第一和第二导电 迹线。接近检测器可以包括透镜组件，其在第二互连层之上并且包括分别与第一和第二开 口对准的第一和第二透镜。优选地，接近检测器可以通过使用稳健的晶片级工艺技术来制 造并且具有减小的尺寸。
[0010] 具体而言，1C层可以包括横向围绕图像传感器1C和光源1C的封装材料。封装材 料可以包括多个导电过孔，每个导电过孔均被耦合在分别对准的成对的多个第一与第二导 电迹线之间。
[0011] 接近检测器设备还可以包括在第二互连层的第一和第二开口中的透明粘接材料。 在一些实施例中，透镜组件还可以包括模制原料，其围绕第一和第二透镜并且具有分别与 第一和第二透镜的其中之一对准的第一和第二开口。
[0012] 此外，接近检测器设备还可以包括分别耦合到多个第一导电迹线的多个接触。例 如，多个接触可以包括多个球栅阵列（BGA)接触。第一透镜可以包括滤光透镜。光源1C可 以包括发光二极管。
[0013] 另一方面涉及制造接近检测器设备的方法。该方法可以包括：形成第一互连层，该 第一互连层包括第一电介质层以及由其承载的多个第一导电迹线；形成1C层，该1C层在第 一互连层之上并且包括图像传感器1C以及与图像传感器1C横向间隔的光源1C。该方法可 以包括形成第二互连层，该第二互连层在1C层之上并且包括第二电介质层以及由其承载 的多个第二导电迹线。第二互连层可以具有在其中的分别与图像传感器1C和光源1C对准 的第一和第二开口。图像传感器1C和光源1C中的每个可以被耦合到多个第一和第二导电 迹线。该方法还可以包括形成透镜组件，该透镜组件在第二互连层之上并且包括分别与第 一和第二开口对准的第一和第二透镜。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是根据现有技术的接近检测器设备的示意性截面图。
[0015] 图2是根据本公开的接近检测器设备的示意性截面图。
[0016] 图3是用于制造图2的接近检测器设备的方法的流程图。
[0017] 图4至图13是用于制造图2的接近检测器设备的步骤的示意性截面图。
[0018] 图14至图16是用于制造根据本公开的接近检测器设备的另一实施例的步骤的示 意性截面图。
【具体实施方式】
[0019] 现在，在下文中将参照在其中示出了本公开的优选实施例的附图更加充分地描述 本实施例。然而，本实施例可以被具体化为许多不同的形式，不应被理解为被限制到本文提 出的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将变得周密和完善，并且将充分地向本领域 的技术人员传达本实施例的范围。相同数字始终涉及相同部件，并且在备选实施例中使用 最初符号来指示相似元件。
[0020] 首先参考图2,现在描述依据本公开的接近检测器设备40。接近检测器设备40示 例性地包括第一互连层41，第一互连层41包括第一电介质层45和由其承载的多个第一导 电迹线48a-48b。接近检测器设备40示例性地包括1C层42,1C层42在第一互连层41之 上并且包括图像传感器IC56以及与图像传感器1C横向间隔的光源IC55。光源IC55可以 包括发光二极管（LED)，诸如红外LED。
[0021] 接近检测器设备40示例性地包括在1C层42之上的第二互连层43,并且第二互连 层43包括第二电介质层46以及由其承载的多个第二导电迹线51a-51b。第二互连层43示 例性地包括在其中的分别与图像传感器IC56和光源IC55对准的第一开口 62a-62b和第二 开口 61。图像传感器IC56和光源IC55中的每个可以被耦合到多个第一导电迹线48a-48b 和第二导电迹线51a-51b。
[0022] 在图示的实施例中，第一开口 62a_62b示例性地与图像传感器IC56对准。成对的 第一开口 62a-62b为图像传感器IC56提供了到第一和第二透镜腔的通路。
[0023] 接近检测器设备40示例性地包括在第二互连层43之上的透镜组件44。透镜组件 44示例性地包括第一透镜53和第二透镜52,其分别与第一开口 62a-62b和第二开口 61对 准。
[0024] 具体而言，1C层42包括横向围绕图像传感器IC56和光源IC55的封装材料47。 封装材料47示例性地包括贯穿其中的多个导电过孔50a-50b。每个导电过孔50a-50b被耦 合在分别对准的成对的多个第一导电迹线48a_48b与第二导电迹线51a_51b之间。
[0025] 接近检测器设备40示例性地包括在第二互连层的第一开口 62a_62b和第二开口 61中透明粘接材料54a-54b。在示出的实施例中，透镜组件44包括围绕第一透镜53和第 二透镜52的模制原料57。透镜组件44示例性地包括第一开口 59a-59b和第二开口 58,其 分别与第一透镜53和第二透镜52的其中之一对准。在示出的实施例中，第一开口 59a-59b 与第一透镜53对准。
[0026] 此外，接近检测器设备40示例性地包括多个接触49a_49b (图16)，其分别耦合到 多个第一导电迹线48a-48b，例如，多个接触49a-49b(图16)可以包括多个BGA接触。第一 透镜53可以包括滤光透镜（例如玻璃滤镜或带有滤光涂覆层的透明薄片）。此外或者作为 备选，第一透镜53还可以包括聚焦元件。
[0027] 另一方面涉及制造接近检测器设备40的方法。该方法可以包括形成第一互连层 41，第一互连层41包括第一电介质层45以及由其承载的多个第一导电迹线48a-48b。该方 法可以包括形成1C层42,1C层42在第一互连层41之上并且包括图像传感器IC56以及与 图像传感器IC56横向间隔的光源IC55。该方法可以包括形成第二互连层43，第二互连层43 在1C层42之上并且包括第二电介质层46以及由其承载的多个第二导电迹线51-51b。第二 互连层可以具有在其中的分别与图像传感器IC56和光源IC55对准的第一开口 62a-62b和 第二开口 61，图像传感器1C和光源1C中的每个可以被耦合到多个第一导电迹线48a-48b 和第二导电迹线51-51b。该方法还可以包括形成透镜组件44,透镜组件44在第二互连层 43之上并且包括分别与第一开口 62a_62b和第二开口 61对准的第一透镜53和第二透镜 52〇
[0028] 此外，现在参考图3至图16,流程图70图示了用于制造半导体器件20 (方框71) 的方法。在示出的实施例中，示出了用于制造成对相同的接近检测器设备40的晶片级工艺 技术，但是应当理解的是，典型的过程将包括大量接近检测器设备的制造（有时包括在单 个制造过程中的变化的实施例，即示出的邻近的接近检测器不需要相同）。该方法包括形成 承载层90,以及在承载层90上的粘接层91 (图4以及方框73)。该方法包括将图像传感器 IC56和光源IC55定位在粘接层91上（图5和方框74)。在这一点上，还可以定位任意其 他期望的表面安装设备（例如电容器）。该方法包括在图像传感器IC56和光源IC55上形 成封装材料47以定义1C层42 (图6和方框75)。
[0029] 该方法包括通过加热粘接层91以分离1C层并且在1C层的相反面上再次将1C层 应用到粘接层来将1C层42倒装在承载层90上（图7和方框77)。该方法还包括形成第二 互连层43以及由其承载的多个第二导电迹线51a-51b (图8和方框78)。
[0030] 该方法包括在第二互连层43的第一开口 62a-62b和第二开口 61中形成透明粘接 材料54a-54b。该方法还包括将第一透镜53和第二透镜52定位在透明粘接材料54a-54b 上（图9和方框79)。
[0031] 该方法包括在第一透镜53和第二透镜52上形成模制原料57以限定透镜组件 44(图10和方框80)。在一些实施例中，模制原料57的形成可以是薄膜辅助的。该方法包 括将IC42、第二互连层43和透镜组件44倒装在承载层90上（图11和方框81)(再次使用 加热步骤使粘接层91停止作用）。该方法包括研磨1C层42的背部的一部分（图12和方 框 82)。
[0032] 该方法包括形成第一互连层41，其包括第一电介质层45以及由其承载的多个第 一导电迹线48a-48b (图13和方框84)。在这个实施例中，多个第一导电迹线48a-48b定义 LGA接触。该方法还包括切割步骤（图15)(方框84-86)。
[0033] 优选地，可以使用稳健的晶片级工艺技术制造接近检测器设备40。此外，可以大量 制造接近检测器设备40。此外，由于第一透镜53和第二透镜52被坚固地与透镜组件模型 原料57集成在一起，因此该结构在机械上坚固。同样，透镜组件44被坚固地与第一互连层 41、第二互连层43和1C层43集成在一起，同样增加了机械上的刚性。接近检测器设备40 的封装比典型的方法要薄，因此允许其更加容易地集成到移动设备中。此外，接近检测器设 备40为图像传感器IC55和光源IC56提供了良好的共面性，因此减少了接近检测计算的计 算负荷（即来自具有邻近源和接收器位置）。
[0034] 现在再参考图14至图16,描述用于制造接近检测器设备40的方法的另一实施例 的步骤。在这一用于制造接近检测器设备40的方法的实施例中，给予在上文中已经结合 图2至图13描述的步骤和元件初始符号并且在此无需赘述。这一实施例与前述实施例不 同之处在于，该方法示例性地包括在多个第一导电迹线48a' -48b'上形成多个球栅阵列接 触49a' -49b'（图14和方框85)。该方法示例性地包括使用切割刀片97'的切割步骤（图 15-图 16)。
[0035] 获益于前述说明书和附图中存在的教导，本领域的技术人员可以想到本公开的许 多修改和其它实施例。因此，应该理解本公开不仅限于所公开的具体实施例，并且修改和实 施例都旨在包含在所附权利要求的范围内。
【权利要求】
1. 一种接近检测器设备，包括： 第一互连层，包括第一电介质层以及由其承载的多个第一导电迹线； 集成电路（1C)层，在所述第一互连层之上并且包括 图像传感器1C，以及 光源1C，与所述图像传感器1C横向间隔； 第二互连层，在所述1C层之上并且包括第二电介质层以及由其承载的多个第二导电 迹线，所述第二互连层具有在其中的分别与所述图像传感器1C和所述光源1C对准的第一 开口和第二开口； 所述图像传感器1C和所述光源1C中的每个被耦合到所述多个第一导电迹线和第二导 电迹线，以及 透镜组件，在所述第二互连层之上并且包括分别与所述第一开口和所述第二开口对准 的第一透镜和第二透镜。
2. 如权利要求1所述的接近检测器设备，其中所述1C层包括横向围绕所述图像传感器 1C和所述光源1C的封装材料。
3. 如权利要求2所述的接近检测器设备，其中所述封装材料包括多个导电过孔，每个 导电过孔被耦合在分别对准的成对的所述多个第一导电迹线与所述第二导电迹线之间。
4. 如权利要求1所述的接近检测器设备，还包括在所述第二互连层的所述第一开口和 所述第二开口中的透明粘接材料。
5. 如权利要求1所述的接近检测器设备，其中所述透镜组件还包括模制原料，所述模 制原料围绕所述第一透镜和所述第二透镜并且具有分别与所述第一透镜和所示第二透镜 的其中之一对准的第一开口和第二开口。
6. 如权利要求1所述的接近检测器设备，还包括分别耦合到所述多个第一导电迹线的 多个接触。
7. 如权利要求6所述的接近检测器设备，其中所述多个接触包括多个球栅阵列（BGA) 接触。
8. 如权利要求1所述的接近检测器设备，其中所述第一透镜包括滤光透镜。
9. 如权利要求1所述的接近检测器设备，其中所述光源1C包括发光二极管。
10. -种接近检测器设备，包括： 第一互连层，包括第一电介质层以及由其承载的多个第一导电迹线； 多个接触，分别耦合到所述多个第一导电迹线； 集成电路（1C)层，在所述第一互连层之上并且包括 图像传感器1C， 光源1C，与所述图像传感器1C横向间隔，以及 封装材料，横向围绕所述图像传感器1C和所述光源1C ; 第二互连层，在所述1C层之上并且包括第二电介质层以及由其承载的多个第二导电 迹线，所述第二互连层具有在其中的分别与所述图像传感器1C和所述光源1C对准的第一 开口和第二开口； 所述图像传感器1C和所述光源1C中的每个被耦合到所述多个第一导电迹线和第二导 电迹线，以及 透镜组件，在所述第二互连层之上并且包括分别与所述第一开口和第二开口对准的第 一透镜和第二透镜。
11. 如权利要求10所述的接近检测器设备，其中所述封装材料包括多个导电过孔，每 个导电过孔被耦合在分别对准的成对的所述多个第一导电迹线与所示第二导电迹线之间。
12. 如权利要求10所述的接近检测器设备，还包括在所述第二互连层的所述第一开口 和第二开口中的透明粘接材料。
13. 如权利要求10所述的接近检测器设备，其中所述透镜组件还包括模制原料，所述 模制原料围绕所述第一透镜和第二透镜并且具有分别与所述第一透镜和第二透镜的其中 之一对准的第一开口和第二开口。
14. 如权利要求10所述的接近检测器设备，其中所述多个接触包括多个球栅阵列 (BGA)接触。
15. -种制造接近检测器设备的方法，包括： 形成第一互连层，所述第一互连层包括第一电介质层以及由其承载的多个第一导电迹 线. 形成集成电路（1C)层，所述1C层在所述第一互连层之上并且包括 图像传感器1C，以及 光源1C，与所述图像传感器1C横向间隔， 形成第二互连层，所述第二互连层在所述1C层之上并且包括第二电介质层以及由其 承载的多个第二导电迹线，所述第二互连层具有在其中的分别与所述图像传感器1C和所 述光源1C对准的第一开口和第二开口，所述图像传感器1C和所述光源1C中的每个被耦合 到所述多个第一导电迹线和第二导电迹线；以及 形成透镜组件，所述透镜组件在所述第二互连层之上并且包括分别与所述第一开口和 所述第二开口对准的第一透镜和第二透镜。
16. 如权利要求15所述的方法，其中形成所述1C层包括形成横向围绕所述图像传感器 1C和所述光源1C的封装材料。
17. 如权利要求16所述的方法，其中形成所述1C层包括形成所述封装材料中的多个导 电过孔，每个导电过孔被耦合在分别对准的成对的所述第一导电迹线与所述第二导电迹线 之间。
18. 如权利要求15所述的方法，还包括在所述第二互连层的所述第一开口和所述第二 开口中填充透明粘接材料。
19. 如权利要求15所述的方法，其中形成所述透镜组件还包括形成模制原料为围绕所 述第一透镜和第二透镜，并且具有分别与所述第一透镜和第二透镜的其中之一对准的第一 开口和第二开口。
20. 如权利要求15所述的方法，还包括形成分别耦合到所述多个第一导电迹线的多个 接触。
【文档编号】H01L25/16GK104122541SQ201310158554
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月28日 优先权日:2013年4月28日
【发明者】栾竟恩 申请人:意法半导体研发(深圳)有限公司