微型高集成红外接近及环境光亮度传感器及其制作方法与流程

1.本发明涉及传感器领域，尤其是一种微型高集成红外接近及环境光亮度传感器及其制作方法。


背景技术：

2.在如今的智能手机中遍布了很多的传感器，由于这些传感器带来了很多的便利性，例如红外接近传感器主要是为了实现手机接听的防触控功能，当使用者的头部靠近手机接听电话时即会关闭手机的触控功能。环境光亮度传感器是用来感测环境光源的变化，根据环境的亮度来调整手机面板的亮度，当环境亮度变暗时，手机面板亮度为了避免刺激眼睛而跟着变暗，当环境亮度变亮时，手机面板亮度会跟着变亮增加可视度。红外接近传感器和环境亮度传感器都是用于感测光线，往往被整合在一个封装结构中，以达到节约空间和能量的目的。传感器尺寸将会限制手机的厚度，限制了手机内部的空间，但如今的红外接近及环境光亮度传感器的尺寸一般远超过芯片尺寸，厚度一般为1.0mm，最薄的可以达到0.65mm-0.5mm之间，但需要使用特定的传感器和特定的制作方法，由此导致制作方法复杂、成本较高，而且红外光串扰大，大大影响检测性能。


技术实现要素：

3.本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种微型高集成红外接近及环境光亮度传感器及制作方法，本发明的技术方案如下：
4.一种微型高集成红外接近及环境光亮度传感器，包括发射芯片、集成接收感应芯片和红外隔离胶，所述发射芯片和所述集成接收感应芯片通过倒装焊及注塑技术封装在所述红外隔离胶内，所述红外隔离胶覆盖所述发射芯片的四周及下表面，所述红外隔离胶覆盖所述集成接收感应芯片的四周及下表面，所述红外隔离胶隔离所述发射芯片和所述集成接收感应芯片，所述发射芯片的上表面、所述集成接收感应芯片的上表面和所述红外隔离胶的上表面位于同一平面上；所述红外隔离胶上还设置有连接所述发射芯片和所述集成接收感应芯片的金属导电层进行信号引出。
5.其进一步的技术方案为，当只在所述发射芯片的上表面和所述集成接收感应芯片的上表面设置有电信号连接垫时，所述金属导电层包括第一重布线层、第二重布线层、焊垫和锡焊球，则所述红外隔离胶还开设有贯通所述红外隔离胶的上下表面的通孔，所述通孔内填充有导电材料，所述第一重布线层位于所述红外隔离胶的上表面并连通芯片的电信号连接垫和所述通孔内的导电材料，所述传感器上表面还设置有上表面钝化保护层，所述上表面钝化保护层与所述红外隔离胶的上表面贴合，覆盖所述第一重布线层在内的传感器上表面，并在所述发射芯片的发射区域的上方和所述集成接收感应芯片的接收感应区域的上方设有对应的开口，所述红外隔离胶的下表面制作有所述焊垫，所述焊垫处设置有金属化层，并在所述金属化层上制作有锡焊球，所述第二重布线层位于所述红外隔离胶的下表面，所述传感器下表面还设置有下表面钝化保护层，所述下表面钝化保护层与所述红外隔离胶
的下表面贴合，并覆盖所述第二重布线层，所述下表面钝化保护层在所述焊垫处留有开口，所述第二重布线层将各个通孔内的导电材料与其他通孔内的导电材料连通或与焊垫连通，所述发射芯片和所述集成接收感应芯片的电信号连接垫通过所述第一重布线层、所述通孔内的导电材料以及所述第二重布线层在所述红外隔离胶的下表面导通。
6.其进一步的技术方案为，当所述发射芯片的上表面和下表面都设置有电信号连接垫时，所述金属导电层包括第一重布线层、第二重布线层、焊垫和锡焊球，所述红外隔离胶开设有贯通所述红外隔离胶上下表面的通孔，同时所述红外隔离胶开设有贯通所述红外隔离胶下表面至所述发射芯片下表面的通孔，各个通孔内填充有导电材料，所述发射芯片底部的电信号连接垫和所述通孔内的导电材料连通，所述第一重布线层位于所述红外隔离胶的上表面并连通芯片的电信号连接垫和各个通孔内的导电材料，所述传感器上表面还设置有上表面钝化保护层，所述上表面钝化保护层与所述红外隔离胶的上表面贴合，覆盖所述第一重布线层在内的传感器的上表面，并在所述发射芯片的发射区域的上方和所述集成接收感应芯片的接收感应区域的上方设有对应的开口，所述红外隔离胶的下表面制作有所述焊垫，所述焊垫处设置有金属化层，并在所述金属化层上制作有锡焊球，并由所述第二重布线层与所述红外隔离胶下表面的其他通孔内的导电材料连通或与焊垫连通，所述传感器下表面还设置有下表面钝化保护层，所述下表面钝化保护层与所述红外隔离胶的下表面贴合，并覆盖所述第二重布线层，所述下表面钝化保护层在所述焊垫处留有开口，所述发射芯片和所述集成接收感应芯片的电信号连接垫通过所述第一重布线层、各个通孔内的导电材料以及所述第二重布线层在所述红外隔离胶的下表面导通。
7.其进一步的技术方案为，所述传感器还包括发射镜头和接收镜头，对于所述发射镜头和所述接收镜头中的任意一个镜头，所述镜头直接以注塑方式形成于所述红外隔离胶的上表面，且所述发射镜头的光学中心与所述发射芯片的发射区中心在同一直线上，所述接收镜头的光学中心与所述集成接收感应芯片的接收区中心在同一直线上。
8.其进一步的技术方案为，所述传感器还包括盖板，所述盖板位于所述红外隔离胶的上表面，所述盖板包括位于所述发射芯片上方的第一通孔和位于所述集成接收感应芯片上方的第二通孔。
9.其进一步的技术方案为，所述传感器还包括发射镜头和接收镜头，且所述发射镜头的光学中心与所述发射芯片的发射区中心在同一直线上，所述接收镜头的光学中心与所述集成接收感应芯片的接收区中心在同一直线上；
10.对于所述发射镜头和所述接收镜头中的任意一个镜头，所述镜头成型后固定在所述盖板的相应开孔处并与所述盖板贴合且与所述红外隔离胶的上表面之间存在间隙；或者，所述镜头直接以注塑方式形成于所述红外隔离胶的上表面且与所述盖板之间存在间隙。
11.一种微型高集成红外接近及环境光亮度传感器的制作方法，用于制作形成如上所述的微型高集成红外接近及环境光亮度传感器，其特征在于，所述制作方法包括如下步骤：
12.将发射芯片和集成接收感应芯片以倒装方式间隔固定在一个平面载体上，所述发射芯片和集成接收感应芯片的上表面与所述平面载体贴合；
13.在所述平面载体上注塑形成所述红外隔离胶，所述红外隔离胶覆盖所述发射芯片的四周及下表面，所述红外隔离胶覆盖所述集成接收感应芯片的四周及下表面，且所述红
外隔离胶填充在所述发射芯片和所述集成接收感应芯片之间的间隔区域对两个芯片形成隔离，所述红外隔离胶贴合于所述平面载体；
14.将所述红外隔离胶、所述发射芯片和所述集成接收感应芯片从所述平面载体上分离，所述红外隔离胶的上表面、所述发射芯片的上表面和所述集成接收感应芯片的上表面位于同一平面上；
15.在所述红外隔离胶上制作金属导电层连接所述发射芯片和所述集成接收感应芯片并进行信号引出。
16.其进一步的技术方案为，所述在所述平面载体上注塑形成所述红外隔离胶，包括：
17.在所述平面载体上注塑红外隔离材料覆盖所述发射芯片和所述集成接收感应芯片以及两个芯片之间的间隔区域；
18.对所述红外隔离材料进行打磨直至达到预定厚度形成所述红外隔离胶。
19.其进一步的技术方案为，所述在所述红外隔离胶上制作金属导电层连接所述发射芯片和所述集成接收感应芯片并进行信号引出，包括：
20.当所述发射芯片和所述集成接收感应芯片的只有上表面设置有电信号连接垫时，在所述红外隔离胶上制作通孔，所述通孔贯穿所述红外隔离胶的上下表面，在所述通孔内填塞导电材料；
21.在所述红外隔离胶的上表面制作第一重布线层，在所述传感器上表面制作上表面钝化保护层，所述上表面钝化保护层与所述红外隔离胶的上表面贴合，覆盖所述第一重布线层在内的传感器上表面，并在所述发射芯片的发射区域的上方和所述集成接收感应芯片的接收感应区域的上方设置有对应开口，所述第一重布线层连通芯片的电信号连接垫和所述通孔内的导电材料；
22.在所述红外隔离胶的下表面制作焊垫和第二重布线层，所述第二重布线层位于所述红外隔离胶的下表面，在所述传感器的下表面设置下表面钝化保护层，所述下表面钝化保护层与所述红外隔离胶的下表面贴合，并覆盖所述第二重布线层，所述下表面钝化保护层在所述焊垫处留有开口，所述第二重布线层将各个通孔内的导电材料与其他通孔内的导电材料连通或与所述焊垫连通，所述发射芯片和所述集成接收感应芯片的电信号连接垫通过所述第一重布线层、所述通孔内的导电材料以及第二重布线层在所述红外隔离胶的下表面导通；
23.在所述焊垫处镀上金属化层，并在所述金属化层上制作锡焊球。
24.其进一步的技术方案为，所述在所述红外隔离胶上制作金属导电层连接所述发射芯片和所述集成接收感应芯片并进行信号引出，包括：
25.当所述发射芯片的上下表面都设置有电信号连接垫时，在所述红外隔离胶上制作通孔，所述通孔贯穿所述红外隔离胶的上下表面以及贯通所述红外隔离胶下表面至所述发射芯片下表面的通孔，在各个通孔内填塞导电材料；
26.在所述红外隔离胶的上表面制作第一重布线层，在所述传感器上表面制作上表面钝化保护层，所述上表面钝化保护层与所述红外隔离胶的上表面贴合，覆盖所述第一重布线层在内的传感器的上表面，并在发射芯片的发射区域的上方和集成接收感应芯片的接收感应区域的上方设置有对应开口，所述第一重布线层连通芯片的电信号连接垫和所述通孔内的导电材料；
27.在所述红外隔离胶的下表面制作焊垫和第二重布线层，所述第二重布线层位于所述红外隔离胶的下表面，在所述传感器的下表面设置下表面钝化保护层，所述下表面钝化保护层与所述红外隔离胶的下表面贴合，并覆盖所述第二重布线层，所述下表面钝化保护层在所述焊垫处留有开口，所述第二重布线层将各个通孔内的导电材料与其他通孔内的导电材料连通或与所述焊垫连通，所述发射芯片和所述集成接收感应芯片的电信号连接垫通过所述第一重布线层、各个通孔内的导电材料以及第二重布线层在所述红外隔离胶的下表面导通；
28.在所述焊垫处镀上金属化层，并在所述金属化层上制作锡焊球。
29.本发明的有益技术效果是：发射芯片和集成接收感应芯片放置在红外隔离胶中，相比于现有技术不需要使用基板，不仅有效的减少了红外发射光的串扰，提升了检测性能，而且有效的提高了产品的可靠性；由于具有绝对优势的超小型尺寸，可帮助手机厂商节省手机的内部空间，提高了应用的灵活性，同时工艺制作简单，很大程度的节省了制作的成本，增加了生产效率，减少了生产周期，提高了生产的良品率。
附图说明
30.图1是本技术的传感器的一种结构图。
31.图2是本技术的传感器的一种结构剖视图。
32.图3是本技术的传感器的另一种结构图。
33.图4是本技术的传感器的另一种结构剖视图。
34.图5是本技术的传感器的盖板的结构剖视图。
35.图6示出两芯片以倒装方式放置在平面载体上的结构图。
36.图7示出在平面载体上注塑红外隔离胶后的结构图。
37.图8示出将红外隔离胶及两芯片从平面载体上分离后的结构图。
38.图9示出在传感器上表面形成电连接的结构图。
39.图10示出在传感器上表面形成上表面钝化保护层的结构图。
40.图11示出在传感器下表面形成电连接的结构图。
41.图12示出在传感器下表面形成下表面钝化保护层的结构图。
42.图13示出在传感器下表面形成电连接的结构图。
43.图14示出在传感器下表面形成下表面钝化保护层的结构图。
44.图15示出在焊垫上添制锡焊球后的结构图。
45.图16示出在红外隔离胶上表面添加盖板后的结构图。
具体实施方式
46.下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
47.本技术公开了一种微型高集成红外接近及环境光亮度传感器，请参考图1至4所示的结构图，该红外接近及环境光亮度传感器包括发射芯片1、集成接收感应芯片2和红外隔离胶3，其中，发射芯片1具有红外发射功能(波长一般为800nm-1000nm之间)，集成接收感应芯片2集成红外接近及环境光亮度感应功能，集成接收感应芯片2用于将模拟光电流通过放大和模数转换输出数字信号。发射芯片1可以为红外led芯片/vcsel芯片等等，集成接收感
应芯片2可以采用比如si1141芯片之类的市售芯片，也可以采用自主研发设计的具有上述功能的芯片，红外隔离胶3可以是具有隔离红外光特性的黑胶或透明胶，用于防止红外光串扰。
48.红外隔离胶3覆盖发射芯片1的四周及下表面，同时红外隔离胶3覆盖集成接收感应芯片2的四周及下表面，红外隔离胶3隔离发射芯片1和集成接收感应芯片2，发射芯片1和集成接收感应芯片2通过倒装焊方式设置在红外隔离胶3内。发射芯片1的上表面、集成接收感应芯片2的上表面和红外隔离胶3的上表面位于同一平面上。红外隔离胶3包括通孔4，通孔4贯通红外隔离胶3的上下表面，在通孔4内填入导电材料，如铜等。
49.红外隔离胶3上设置有连接发射芯片1和集成接收感应芯片2的金属导电层进行通信引出，红外隔离胶和金属导电层的总厚度小于0.3mm，重布线技术(rdl)是将原来设计的ic线路接点位置，通过晶圆级金属布线制程和凸块制程改变其接点位置，使ic能适用于不同的封装形式。金属导电层包括第一重布线层5(rdl1)、上表面钝化保护层51(passivation layer1)，第二重布线层6(rdl2)、下表面钝化保护层61(passivation layer2)，焊垫8和锡焊球9，则红外隔离胶3还开设有贯通红外隔离胶3的上下表面的通孔4，通孔4内填充有导电材料，第一重布线层5位于红外隔离胶3的上表面并连通芯片的电信号连接垫7和通孔4内的导电材料，上表面钝化保护层51位于传感器的上表面，上表面钝化保护层51与红外隔离胶的上表面贴合，并覆盖第一重布线层5的上方，在发射芯片1的发射区域的上方和集成接收感应芯片2的接收感应区域的上方留有对应开口，红外隔离胶3的下表面制作有焊垫8，焊垫8处设置有金属化层，并在金属化层上制作锡焊球，第二重布线层6位于红外隔离胶3的下表面，第二重布线层6将各个通孔4内的导电材料与其他通孔内的导电材料连通或与焊垫8连通，下表面钝化保护层61位于传感器的下表面，下表面钝化保护层61与红外隔离胶3的下表面贴合，并覆盖第二重布线层6，在焊垫8处留有开口，发射芯片1和集成接收感应芯片2的电信号连接垫7通过第一重布线层5、通孔4内的导电材料以及第二重布线层6在红外隔离胶3的下表面导通。
50.上表面钝化保护层51和下表面钝化保护层61，其制作材料可为sin，sion或聚合物polymer等。
51.在另外一种实施例中，发射芯片1的下表面也设置有电信号连接垫7，因此，该传感器开设有位于发射芯片1下表面至红外隔离胶3下表面的通孔4。
52.该传感器还安装包括盖板10和位于芯片上方的两个镜头，有如下安装方式：
53.(1)该传感器只安装两个镜头，不安装盖板：该传感器包括发射镜头13和接收镜头14，对于发射镜头13和接收镜头14中的任意一个镜头，镜头直接以注塑方式形成于红外隔离胶3的上表面，且发射镜头13的光学中心与发射芯片1的发射区中心在同一直线上，接收镜头14的光学中心与集成接收感应芯片2的接收区中心在同一直线上。
54.(2)该传感器只安装盖板10，不安装两个镜头：该传感器还包括盖板10，盖板10位于红外隔离胶3的上表面，盖板10包括位于发射芯片1上方的第一通孔11和位于集成接收感应芯片2上方的第二通孔12。
55.(3)该传感器既安装两个镜头，又安装盖板10：如图5所示，该传感器还包括发射镜头13和接收镜头14，且发射镜头13的光学中心与发射芯片1的发射区中心在同一直线上，接收镜头14的光学中心与集成接收感应芯片2的接收区中心在同一直线上；对于发射镜头13
和接收镜头14中的任意一个镜头，镜头成型后固定在盖板10的相应开孔处并与盖板10贴合且与红外隔离胶3的上表面之间存在间隙；或者，镜头直接以注塑方式形成于红外隔离胶3的上表面且与盖板10之间存在间隙。
56.盖板10由红外隔离材料制成，红外隔离材料包括有机材料lcp、黑胶、陶瓷以及金属中的任意一种。
57.进一步的，在第二和第三种情况下，盖板10、红外隔离胶3和金属导电层的总厚度小于0.5mm；同样的，在第一种情况下，没有安装盖板10，镜头、红外隔离胶3和金属导电层的总厚度小于0.5mm。
58.基于图1至5公开的一种微型高集成红外接近及环境光亮度传感器，本技术还公开了一种微型高集成红外接近及环境光亮度传感器制作方法，该方法包括如下步骤：
59.步骤1：如图6所示，将发射芯片1和集成接收感应芯片2以倒装方式间隔固定在一个平面载体15上，平面载体15为制作平面，平面载体15上包括粘接薄膜，由于采取倒装的方式，因此发射芯片1的上表面和集成接收感应芯片2的上表面通过薄膜固定于平面载体15上；
60.步骤2：如图7所示，在平面载体15上注塑红外隔离胶3，红外隔离胶3起到隔离红外光的作用，红外隔离胶3覆盖发射芯片1的四周及下表面，同时红外隔离胶3覆盖集成接收感应芯片2的四周及下表面，且红外隔离胶3填充在发射芯片1和集成接收感应芯片2之间的间隔区域对两个芯片形成隔离，红外隔离胶3的下表面贴合于平面载体15，并对红外隔离材料进行打磨直至达到预定厚度形成红外隔离胶3，预定厚度为红外隔离胶的下表面距离发射芯片的下表面或集成接收感应芯片的下表面的最小厚度，其中发射芯片的下表面和集成接收感应芯片的下表面不一定位于同一水平面上，预定厚度设置为0.025mm至0.05mm；
61.步骤3：如图8所示，将发射芯片1、集成接收感应芯片2和红外隔离胶3从平面载体15上分离，发射芯片1的上表面、集成接收感应芯片2的上表面和红外隔离胶3的上表面在同一水平面上，同时在红外隔离胶3上制作通孔4，通孔4贯穿红外隔离胶3的上下表面；
62.在另外一种实施例中，由于发射芯片1的下表面设置有电信号连接垫7，该传感器还开设有位于发射芯片1下表面至红外隔离胶3下表面的通孔4。
63.步骤4：如图9和10所示，在通孔4内填入导电材料，如铜等，在红外隔离胶3的上表面制作第一重布线层5和上表面钝化保护层51(passivationlayer1)，上表面钝化保护层51与红外隔离胶3的上表面贴合，覆盖第一重布线层5的上方，并在发射芯片1的发射区域的上方和集成接收感应芯片2的接收感应区域的上方留有对应开口，第一重布线层5连通芯片的电信号连接垫7和通孔4内的导电材料；
64.步骤5：如图11至14所示，在红外隔离胶3的下表面制作焊垫8和第二重布线层6和下表面钝化保护层61(passivation layer1)，第二重布线层6位于红外隔离胶3的下表面，第二重布线层6将各个通孔4内的导电材料与其他通孔内的导电材料连通或与焊垫8连通，下表面钝化保护层61(passivation layer2)与红外隔离胶3的下表面贴合，覆盖第二重布线层6，并在焊垫8处留有开口，发射芯片1和集成接收感应芯片2的电信号连接垫7通过第一重布线层5、通孔4内的导电材料以及第二重布线层6在红外隔离胶3的下表面导通；
65.步骤6：如图15所示，在红外隔离胶3下表面的焊垫8上镀上金属化层(ubm)，并在金属化层上制作锡焊球9；
66.步骤7：如图16所示，在红外隔离胶3的上表面添加盖板10，盖板10包括位于发射芯片1上方的第一通孔11和位于集成接收感应芯片2上方的第二通孔12，并且在第一通孔11内制作发射镜头13，在第二通孔12内制作接收镜头14。
67.以上所述的仅是本技术的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。