接近度传感器的制作方法

接近度传感器


背景技术：

1.许多接近度传感器包括发射器和接收器。发射器发射信号，例如光信号或雷达信号，并且接收器接收发射信号的反射。可以使用信号的发射与反射信号的接收之间的时间来确定接近度传感器与将发射信号反射回去的物体之间的距离。发射器与接收器之间的信道隔离对于实现精确测量是重要的。一些感测系统还需要复杂的校准以确定发射器和接收器相对于彼此的精确方位。此外，光学感测系统需要将光学部件细致地对准，这可能增大感测系统的尺寸。一些感测系统试图将发射器和接收器放置在单个封装件中以确保固定的空间关系。然而，将发射器和接收器构建在单个传感器封装件中是复杂的，并且所得到的传感器封装件通常并非如特定实施方式所期望的那样小。


技术实现要素：

2.一种制造传感器器件的方法包括获得包括发射器和接收器的半导体管芯结构。然后，将第一牺牲柱附连到发射器，并且将第二牺牲柱附连到接收器。将半导体结构附连到引线框架，并且将半导体结构上的焊盘线键合到引线框架。将引线框架、半导体结构和线键合件包封在模制化合物中，而第一牺牲柱的顶部和第二牺牲柱的顶部保持暴露。第一牺牲柱和第二牺牲柱防止模制化合物包封发射器和接收器，并且被移除以将发射器暴露在第一腔体中并且将接收器暴露在第二腔体中。
3.在一些示例中，半导体结构包括具有发射器和接收器两者的单个半导体管芯。在一些示例中，半导体结构包括两个半导体管芯，即包括发射器的第一半导体管芯和包括接收器的第二半导体管芯。在一些实施方式中，第一腔体和第二腔体填充有非模制化合物材料，比如透明塑料、透镜等。例如，发射器包括光源，并且接收器包括光检测器。第一腔体和第二腔体填充有透明化合物，以允许来自光源的光穿过并到达光检测器。在一些示例中，模制化合物形成第一腔体与第二腔体之间的屏障。
4.在一些实施方式中，第一牺牲柱和第二牺牲柱是锥形的(tapered)。在一些示例中，第一牺牲柱和第二牺牲柱包括管形件，使得在引线框架、半导体管芯结构和线键合件被包封在模制化合物中时，发射器和接收器保持暴露在第一腔体和第二腔体中。在一些示例中，第一牺牲柱和第二牺牲柱分别覆盖发射器和接收器，使得发射器和接收器的任何部分都不暴露。
5.在一些示例中，第一牺牲柱和第二牺牲柱包括金属，并且移除第一牺牲柱和第二牺牲柱包括用蚀刻化学品蚀刻金属，选择蚀刻化学品以蚀刻金属而不损坏发射器、接收器和模制化合物。在一些示例中，第一牺牲柱和第二牺牲柱包括塑料或光刻胶，并且移除第一牺牲柱和第二牺牲柱包括蚀刻塑料或光刻胶而不损坏发射器、接收器和模制化合物。在一些示例中，用粘合剂将第一牺牲柱和第二牺牲柱胶合到发射器和接收器，并且使用溶剂从发射器和接收器移除粘合剂而将第一牺牲柱和第二牺牲柱移除。选择溶剂以移除粘合剂而不损坏发射器、接收器和模制化合物。
附图说明
6.图1图示了示例光检测和测距(lidar)系统。
7.图2图示了传感器封装模制工艺的示例概图。
8.图3a至图3h图示了用于传感器封装模制件的示例制造工艺。
9.图4图示了具有多芯片模块的示例传感器封装模制件。
10.图5图示了制造传感器封装模制件中所使用的牺牲柱的示例形状。
具体实施方式
11.本文描述的传感器封装件制造工艺包括放置牺牲柱以防止模制化合物流到发射器和接收器上，并且为发射器信道和接收器信道创建局部腔体。牺牲柱使得能够并行地大规模创建腔体，因为一次就可以处理带有非常大量的半导体管芯的整个引线框架。模制化合物形成发射器信道与接收器信道之间的屏障，从而改善信道隔离。然后移除牺牲柱以暴露出发射器和接收器。因此，所得到的传感器封装件可以是用标准设备制作并且具有制造可靠性的。而且，仅需对制造工艺进行微小调整，就可以制作出用于发射器信道和接收器信道的各种各样的尺寸和形状的腔体。
12.图1图示了示例光检测和测距(lidar)系统100，该lidar系统包括光源110、传感器120和包括检测器的集成电路(ic)130。光源110发射光线140，光线从物体180反射回来并且由传感器120收集。lidar系统100与物体180之间的距离可以基于从传感器120提供给ic检测器130的数据来确定。在传感器120与光源110之间没有屏障的情况下，光线150直接从光源110行进到传感器120并且在传感器数据中引入串扰，从而在距离确定中引入误差。为了减少串扰并且隔离光发射器信道和光接收器信道，通常在光源110与传感器120之间放置屏障。
13.然而，为了准确地确定距离，光源110和传感器120必须相对于彼此精确地定位并且保持固定，使得lidar系统100仅需进行一次广泛校准就够了。为了将光源110和传感器120组合到单个封装件中，模制了两个中空腔室。具有光源110的半导体管芯被放置到一个腔室中，并且具有传感器120的半导体管芯被放置到另一个腔室中。两个半导体管芯被线键合到腔室内的衬底。然后，用透明模制化合物填充中空腔室，该透明模制化合物覆盖两个半导体管芯并且保护线键合，同时仍然允许光源110和传感器120发射和接收光。
14.两种不同的模制化合物和具有不同性质的衬底的组合导致在单个封装件中制造两个中空腔室是不可靠的。为了提高可制造性，管芯被放置得间隔开更远，并且整体封装件尺寸增大。虽然图1中描述了具有光源110和传感器120的lidar系统100，但是具有发射器信道和接收器信道的任何系统(比如雷达系统和超声感测系统)都要平衡信道隔离、校准和制造的类似挑战。
15.图2图示了传感器封装模制工艺200的示例概述图。并不是将发射器和接收器分到不同的半导体管芯上，而是将它们以期望构型和彼此的接近度一起放置在同一半导体管芯结构210上。将牺牲柱放置在发射器和接收器上方，以在模制工艺200的下一步骤期间保护发射器和接收器并且产生通透的发射器信道和接收器信道。然后将半导体管芯结构210包封在单一标准模制化合物中，但是牺牲柱保持暴露，如在半导体220中所示。可以移除牺牲柱以暴露出发射器和接收器，同时保持发射器与接收器之间的模制化合物的屏障并且确保
信道隔离，从而产生半导体管芯230。
16.图3a至图3h图示了用于传感器封装模制件的示例制造工艺。图3a图示了包括附连在管芯320上的发射器305和接收器310的示例半导体管芯300。发射器305和接收器310以基于传感器封装件的预期实现方式的期望构型布置在管芯320上。可以选择期望构型以简化校准过程，增加管芯320上的区域中的信道数量等。图3b图示了具有一起制造的多个管芯320的示例晶片330。接下来，将牺牲柱335和340放置在发射器305和接收器310上方，如图3c所示的半导体管芯300的成角度视图所示。
17.在该示例中，牺牲柱335和340是圆柱形的，但也可以是环绕发射器305和接收器310的中空环，或者是如图5所示的其他形状。牺牲柱335和340可以由金属、塑料、光刻胶或其他适当材料制成，并且通过粘合剂材料、表面贴装技术等紧固到半导体管芯300。牺牲柱可以使用标准模制工具、设备、材料和工艺来制造，而不借助于特殊的模制工具或插入件。此外，可以并行地为晶片330上的每个半导体管芯创建牺牲柱，使得制造工艺不会因创建牺牲柱的步骤而过度减慢。
18.通过金刚石锯、激光或其他工艺将半导体管芯300与较大的晶片330分离，并且将半导体管芯300附接到引线框架350并进行线键合355，如图3d中的特写所示。图3e图示了附接到引线框架350的多个半导体管芯300的较大阵列360。在一些制造工艺中，可以在半导体管芯300附接到引线框架350并被线键合355之后放置牺牲柱335和340。在一些实施方式中，可以施加应力缓冲剂和涂层，比如聚酰亚胺、聚苯并噁唑和硅树脂涂层。
19.图3f示出了已经被包封在模制化合物370(比如塑料或环氧树脂)中之后的单个半导体300的x射线视图。牺牲柱335和340用作模制物流动的屏障，并且创建没有模制化合物370的局部腔体。接下来移除牺牲柱335和340，比如通过对金属柱进行化学蚀刻或对光刻胶柱进行曝光来移除牺牲柱。根据需要，溶剂可以移除任何残留的粘合剂。选择牺牲柱335和340、模制化合物370、发射器305和接收器310的材料以及移除材料以确保可以在不损坏发射器305和接收器310并且保持模制化合物完整的情况下移除牺牲柱335和340。
20.图3g示出移除了牺牲柱335和340、相应地留下了腔体375和380、并且暴露出发射器305和接收器310的半导体管芯300的x射线视图。腔体375和380允许发射器305和接收器310发射和接收信号，而发射器305与接收器310之间的模制化合物370的屏障确保发射器与接收器之间的信道隔离。腔体375和380可以保持为空的或被填充透明塑料或允许不受影响地发射和接收信号的其他材料。在一些实施方式中，透镜或其他光学部件可以与腔体375和380对准。
21.可以将各个封装件与引线框架350分离并且进行校准以供使用，比如用于接近度传感器中。由于发射器305和接收器310相对于彼此固定，因此与发射器305和接收器310在独立的半导体管芯上并且可以相对于彼此移动的其他系统相比，可以不那么频繁地且更简单地执行校准。如图3h所示，封装后的半导体管芯300被附接到印刷电路板390并且集成到更大的系统中。例如，半导体管芯300被并入到接近度传感器或如图1所示的lidar系统100中。
22.图4图示了具有多芯片模块的示例传感器封装件400。在一些实施方式中，发射器的期望衬底特性和接收器的期望衬底特性是不兼容的，使得发射器和接收器被放置在具有不同特性的独立的半导体管芯上。独立的半导体管芯被包括在单个半导体管芯结构中。发
射器管芯405和接收器管芯410可以根据图3a至图3h中概述的工艺被封装为多芯片模块。发射器管芯405和接收器管芯410通过粘合剂495被紧固到引线框架450，并且被线键合455在一起并被线键合到引线框架450。
23.包括两个管芯405和410以及线键合件455的半导体管芯结构被包封在模制化合物470中，但是腔体475和480保持敞开并且为发射器管芯405和接收器管芯410创建隔离的信道。尽管发射器管芯405和接收器管芯410的相对位置将不如单个半导体管芯300上的发射器305和接收器310那么精确，但是可以容易地实现并且在制造之后一次完成对传感器封装件400的校准，并且在初始校准之后很少再执行校准。
24.图5图示了用于制造传感器封装模制件的牺牲柱500至560的示例形状。牺牲柱可以是方形的，如具有尖拐角的柱500和具有圆拐角的柱510所图示。柱520和540是具有锥形侧面的圆形形状，使得柱的顶表面大于底表面。类似地，柱530和550是圆柱形的，其具有平的侧面和基本上相等尺寸的顶表面和底表面。柱520与540以及柱530与550具有类似的形状，但是由不同的材料制成，比如分别由金属和光刻胶制成。虽然这些示例柱是实心的，但是牺牲柱500至550也可以是中空环，比如柱560。
25.在权利要求的范围内，对所描述的实施例进行修改是可能的，并且其他实施例也是可能的。

技术特征：
1.一种方法，包括：将第一牺牲柱附连到半导体管芯结构上的发射器并且将第二牺牲柱附连到所述半导体管芯结构上的接收器；将所述半导体管芯结构附连到引线框架；将所述半导体管芯结构上的焊盘线键合到所述引线框架；将所述引线框架、所述半导体管芯结构和所述线键合件包封在模制化合物中，其中所述第一牺牲柱的顶部和所述第二牺牲柱的顶部保持暴露，并且其中所述第一牺牲柱和所述第二牺牲柱防止所述模制化合物包封所述发射器和所述接收器；以及移除所述第一牺牲柱和所述第二牺牲柱，使得所述发射器暴露在第一腔体中并且使得所述接收器暴露在第二腔体中。2.如权利要求1所述的方法，其中所述半导体管芯结构包括第一半导体管芯和第二半导体管芯，所述第一半导体管芯包括所述发射器，并且所述第二半导体管芯包括所述接收器。3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：用非模制化合物材料填充所述第一腔体和所述第二腔体中的至少一个。4.如权利要求3所述的方法，其中所述发射器包括光源，所述接收器包括光检测器，并且所述非模制化合物材料包括透明材料。5.如权利要求1所述的方法，其中所述模制化合物包括所述第一腔体与所述第二腔体之间的屏障。6.如权利要求1所述的方法，其中将所述第一牺牲柱附连到所述发射器并且将所述第二牺牲柱附连到所述接收器包括：将第一锥形牺牲柱附连到所述发射器并且将第二锥形牺牲柱附连到所述接收器。7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一牺牲柱和所述第二牺牲柱包括管形件，使得在所述引线框架、所述半导体管芯结构和所述线键合件被包封在所述模制化合物中时，所述发射器和所述接收器保持暴露在所述第一腔体和所述第二腔体中。8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一牺牲柱和所述第二牺牲柱包括金属，移除所述第一牺牲柱和所述第二牺牲柱包括用蚀刻化学品蚀刻所述金属，并且选择所述蚀刻化学品以蚀刻所述金属而不损坏所述发射器、所述接收器和所述模制化合物。9.如权利要求1所述的方法，其中所述第一牺牲柱和所述第二牺牲柱包括塑料或光刻胶，并且移除所述第一牺牲柱和所述第二牺牲柱包括移除所述塑料或光刻胶而不损坏所述发射器、所述接收器和所述模制化合物。10.如权利要求1所述的方法，其中附连所述第一牺牲柱和所述第二牺牲柱包括用粘合剂将所述第一牺牲柱胶合到所述发射器并且将所述第二牺牲柱胶合到所述接收器，移除所述第一牺牲柱和所述第二牺牲柱包括使用溶剂从所述发射器和所述接收器移除所述粘合剂，并且选择所述溶剂以移除所述粘合剂而不损坏所述发射器、所述接收器和所述模制化合物。11.如权利要求1所述的方法，其中所述第一牺牲柱覆盖所述发射器，使得所述发射器的任何部分都不暴露，并且所述第二牺牲柱覆盖所述接收器，使得所述接收器的任何部分都不暴露。
12.一种器件，包括：半导体管芯结构，所述半导体管芯结构包括发射器和接收器；引线框架，其中所述半导体管芯结构附连到所述引线框架，并且所述半导体管芯结构上的焊盘通过线键合件被键合到所述引线框架；以及模制化合物，所述模制化合物包封所述引线框架、所述半导体管芯结构和所述线键合件，其中所述模制化合物中的第一腔体暴露所述发射器，所述模制化合物中的第二腔体暴露所述接收器，并且所述模制化合物形成所述发射器与所述接收器之间的屏障。13.如权利要求12所述的器件，其中所述器件包括接近度传感器，并且所述接近度传感器被校准一次以确定相对于所述接收器的位置的所述发射器的位置。14.如权利要求12所述的器件，其中所述半导体管芯结构包括第一半导体管芯和第二半导体管芯，所述第一半导体管芯包括所述发射器，并且所述第二半导体管芯包括所述接收器。15.如权利要求14所述的器件，其中所述第一半导体管芯包括第一衬底，并且所述第二半导体管芯包括第二衬底。16.如权利要求12所述的器件，其中所述第一腔体和所述第二腔体中的至少一个填充有非模制化合物材料。17.如权利要求12所述的器件，其中所述发射器包括光源，所述接收器包括光检测器，并且所述第一腔体和所述第二腔体中的至少一个填充有透明材料。18.如权利要求12所述的器件，其中所述发射器包括光源，所述接收器包括光检测器，并且一个或多个光学部件与所述第一腔体和所述第二腔体对准。19.一种方法，包括：将半导体管芯结构附连到引线框架，其中所述半导体管芯结构包括处于特定构型的光源和光检测器，其中所述特定构型包括所述光源与所述光检测器之间的已知空间关系；将所述半导体管芯结构上的焊盘线键合到所述引线框架；将第一牺牲柱附连到所述光源，并且将第二牺牲柱附连到所述光检测器；将所述引线框架、所述半导体管芯结构和所述线键合件包封在模制化合物中，其中所述第一牺牲柱和所述第二牺牲柱防止所述模制化合物覆盖所述光源和所述光检测器；以及移除所述第一牺牲柱和所述第二牺牲柱，使得所述光源暴露在第一腔体中并且使得所述光检测器暴露在第二腔体中，其中所述模制化合物形成所述光源与所述光检测器之间的屏障。20.如权利要求19所述的方法，进一步包括：用透明材料填充所述第一腔体和所述第二腔体。21.如权利要求19所述的方法，进一步包括：将一个或多个光学部件与所述第一腔体和所述第二腔体对准。22.如权利要求19所述的方法，其中，所述光源与所述光检测器之间的所述已知空间关系简化了所述光源和所述光检测器的校准工艺。

技术总结
一种制造传感器器件(300)的方法包括获得包括发射器(305)和接收器(310)的半导体管芯结构(320)。然后，将第一牺牲柱(335)附连到发射器，并且将第二牺牲柱(340)附连到接收器。将半导体管芯附连到引线框架(350)，并且将半导体管芯结构上的焊盘线键合(355)到引线框架。将引线框架、半导体管芯结构和线键合件包封在模制化合物(370)中，而第一牺牲柱的顶部和第二牺牲柱的顶部保持暴露。第一牺牲柱和第二牺牲柱防止模制化合物包封发射器和接收器，并且被移除以将发射器暴露在第一腔体(375)中并且将接收器暴露在第二腔体(380)中。在一些示例中，半导体管芯结构包括第一半导体管芯和第二半导体管芯，第一半导体管芯包括发射器，第二半导体管芯包括接收器。半导体管芯包括接收器。半导体管芯包括接收器。


技术研发人员：S
受保护的技术使用者：德克萨斯仪器股份有限公司
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2023/8/24