光电传感器封装结构及其制备方法与流程

1.本发明涉及半导体封装技术领域，更具体涉及一种光电传感器封装结构及其制备方法。


背景技术：

2.随着智能手机和智能穿戴设备的普及，人们对个人健康的关注，电子设备中集成的血氧饱和度检测传感器和心率传感器等功能得到了越来越多的重视。这些传感器通常都是光传感器，包含了光发射端和接收端，通过向皮肤打出特定波长的光谱，血液针对性的反射不同颜色的反射光，从而计算心率及血氧状态。
3.针对这类光传感器，需要隔离发射端与接收端，避免光线干扰。
4.目前，主流的封装厂商多是采用透明塑封料封装后，二次构造挡墙，避免光传播。比如：中国专利cn112466958a公开了采用透明塑封料封装后，切割开槽，填充非透明塑封料的封装结构，这类封装结构对二次注塑非透明塑封料的工艺极高，增加封装成本；另外，切割的沟槽宽度120-300um，非常容易造成填充不全和排气不畅等异常情况的发生。另一方面，中国专利cn112017976b公开的封装是使用预设凸块的模具，实现封装后隔离墙凹槽的产生；该封装避免了后续开槽的工艺，但需要额外开模，也会造成成本的增加。再有，中国专利cn112768561a公开的是通过组合封装工艺，实现隔离挡墙的安装，该技术需要单独注塑建造隔离挡墙，再通过胶水安装，工艺比较复杂，成本也相对较高。此外，前述3件专利均采用透明的塑封料封装，透明塑封料的收缩率较大，容易造成基板变形，影响作业自动化，严重影响生产效率。
5.目前虽然也有现有技术在封装结构中使用晶粒粘贴膜，但是在晶粒粘贴膜上方都设有透光层或凸点，结构复杂，极易发生装配误差、包封模具对位误差，透光层或凸点污染、磨损，影响光线的发射或接收效率，降低封装产品的良率，同时也增加了成本。
6.因此，亟需提供一种新的光电传感器封装结构及其制备方法。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明提供了的光电传感器封装结构的制备方法，整体工艺简单，不需要开发新模具，也不需要树脂板作为透光层，也不需要使用收缩率较大的透明塑封料；能够实现稳定的自动化生产，提高生产效率；另外，本发明公开的方法对光发射芯片和光接收芯片在高度不一致时的包容性高，第一晶粒粘贴膜的上表面不会有黑色塑封料的残留。
8.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
9.一方面，本发明提供了一种光电传感器封装结构的制备方法，该方法包括以下步骤：
10.s1、提供基板和设于基板一侧的至少一个光电传感器单元，所述光电传感器单元包括光发射芯片和光接收芯片；提供高透光的第一晶粒粘贴膜，所述第一晶粒粘贴膜上表
面设有环氧树脂层，按照光发射芯片和光接收芯片的尺寸对第一晶粒粘贴膜进行切割；
11.s2、在所述光发射芯片、光接收芯片通过引线键合连接到基板后，将切割后的第一晶粒粘贴膜的下表面分别连接至相同尺寸的光发射芯片或者光接收芯片的顶面；在引线键合作业结束后，对基板进行加热，在温度100-150℃时，再进行第一晶粒粘贴膜的安装。
12.s3、对所述第一晶粒粘贴膜烘烤固化后，利用不透光塑封料对光发射芯片、光接收芯片进行塑封，形成塑封部；
13.s4、研磨塑封部顶部和环氧树脂层，直至第一晶粒粘贴膜的上表面裸露；使第一晶粒粘贴膜的上表面粗糙度位于0.1-0.6um之间；所述塑封部在光发射芯片和光接收芯片之间形成不透光的阻挡墙；
14.第一晶粒粘贴膜为117-123um厚度，透光率大于95％的热固性晶粒粘贴膜。
15.在一些实施方式中，在步骤s1中，光发射芯片和光接收芯片通过第二晶粒粘贴膜或者晶粒粘贴胶设置在基板上。
16.在一些实施方式中，所述第二晶粒粘贴膜为15-30um厚度的热固性晶粒粘贴膜。
17.在一些实施方式中，在步骤s3中，所述不透光塑封料为黑色塑封树脂。
18.在一些实施方式中，在步骤s4中，所述环氧树脂层的厚度为95-105um。
19.另一方面，本发明还公开了利用上述制备方法制成的光传感器封装结构，该结构包括基板、至少一个光电传感器单元和塑封部，所述光电传感器单元通过第二晶粒粘贴膜设置在基板上，所述光电传感器单元包括光发射芯片和光接收芯片；所述光发射芯片和光接收芯片的顶面设有高透光的第一晶粒粘贴膜，所述塑封部包裹光发射芯片、光接收芯片及第一晶粒粘贴膜的所有侧面，且使第一晶粒粘贴膜的上表面裸露。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.1、本发明公开的光电传感器封装结构仅仅是结合高透光的第一晶粒粘贴膜和不透光的塑封料对芯片进行封装，结构创新，克服了技术偏见，且能够很好的隔绝芯片之间的干扰光；
22.2、本发明公开的封装结构的制备方法，整个工艺流程简单易操作，不需要开发新模具，也不需要使用收缩率较大的透明塑封料；能够实现稳定的自动化生产，提高生产效率；
23.3、按照本发明公开的方法制备的封装结构，对光发射芯片和光接收芯片在高度不一致时的包容性高，第一晶粒粘贴膜的上表面不会有黑色塑封料的残留，有效实现光发射芯片和光接收芯片的单向光发射和接收；
24.4、本发明中是在引线键合作业结束后，对基板进行加热，在温度100-150℃时，再进行第一晶粒粘贴膜的安装；对基板进行加热，在温度100-150℃时，可以保证线弧具有一定温度，具有温度的线弧可以软化安装过程中的第一晶粒粘贴膜，保证线弧不塌陷；
25.5、本发明中的环氧树脂层最后是需要全部研磨掉的，在制备方法中，其只是为了便于第一晶粒粘贴膜的安装；
26.6、本发明一体封装成型，不存在装配误差、模具对位误差的风险，产品良率高。
附图说明
27.图1为本发明实施例1所述的光传感器封装结构的示意图；
28.图2为本发明实施例2中研磨前的光传感器封装结构的示意图；
29.图3为本发明图1另一角度的结构示意图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
31.实施例1
32.如图1和图3所示，其公开了本发明一种实施方式的光传感器封装结构。该结构包括基板1、至少一个光电传感器单元和塑封部4，光电传感器单元通过第二晶粒粘贴膜7设置在基板1上。光电传感器单元包括光发射芯片2和光接收芯片3；光发射芯片2和光接收芯片3的顶面设有高透光的第一晶粒粘贴膜5，塑封部4包裹光发射芯片2、光接收芯片3及第一晶粒粘贴膜5的所有侧面，且使第一晶粒粘贴膜5的上表面裸露。
33.塑封部4塑封之后，塑封部4包裹光发射芯片2、光接收芯片3、第一晶粒粘贴膜5的所有侧面，且使第一晶粒粘贴膜5的上表面裸露。
34.塑封部4采用不透光塑封料，该塑封料为黑色塑封树脂。一方面，不透光的塑封料可以在光发射芯片2和光接收芯片3之间形成隔离，隔绝干扰光。另一方面，不透光的塑封料收缩率小，不易造成基板1变形，对作业自动化的稳定运行提供基础，生产效率有保障。
35.第一晶粒粘贴膜5、第二晶粒粘贴膜7的尺寸均和其对应位置的光发射芯片2或光接收芯片3相同。第一晶粒粘贴膜5采用高透光膜，这些巧妙的设置不会影响到光发射芯片2和光接收芯片3的光发射和光接收，塑封部4包裹的部位也能在光发射芯片2和光接收芯片3之间形成隔离，隔绝干扰光。
36.多个光电传感器单元阵列排列在基板1上时，整个结构既能实现光发射芯片2和光接收芯片3的光发射和光接收；又因为有不透光塑封部4的存在，封装结构的工作不会干扰光的影响。
37.本实施例公开的光电传感器封装结构结合高透光的第一晶粒粘贴膜5和不透光的塑封料4对芯片进行封装，结构创新，且能够很好的隔绝芯片之间的干扰光。
38.实施例2
39.本实施例公开了实施例1所示光传感器封装结构的制备方法，该方法包括以下步骤：
40.s1、提供基板1和设于基板1一侧的至少一个光电传感器单元，所述光电传感器单元包括光发射芯片2和光接收芯片3；提供高透光的第一晶粒粘贴膜5，第一晶粒粘贴膜5上表面设有环氧树脂层6，按照光发射芯片2和光接收芯片3的尺寸对第一晶粒粘贴膜5进行切割；
41.s2、在光发射芯片2、光接收芯片3通过引线8键合连接到基板1后，将切割后的第一晶粒粘贴膜5的下表面分别连接至相同尺寸的光发射芯片2或者光接收芯片3的顶面；
42.s3、对第一晶粒粘贴膜5烘烤固化后，利用不透光塑封料对光发射芯片2、光接收芯片3进行塑封，形成塑封部4；
43.s4、研磨塑封部4顶部和环氧树脂层6，直至第一晶粒粘贴膜5的上表面裸露；所述塑封部4在光发射芯片2和光接收芯片3之间形成不透光的阻挡墙。
44.本实施例通过简单的4步即可制备光电传感器封装结构，方法简单易行。不需要开发新模具，也不需要使用收缩率较大的透明塑封料；能够实现稳定的自动化生产，提高生产效率。
45.步骤s1中，第一晶粒粘贴膜5选择厚度为117-123um，透光率大于95％的热固性晶粒粘贴膜。优先选择市场上存在的汉高的atb-120u型号的120um厚度的高透光热固性晶粒粘贴膜。
46.因为第一晶粒粘贴膜5具有粘性，在将其安装到光发射芯片2或者光接收芯片3顶面的过程中，第一晶粒粘贴膜5会粘到操作设备如吸嘴上，不易操作，影响产品质量。所以，本实施例，创造性地在第一晶粒粘贴膜5的上表面设置环氧树脂层6，这样能很好的解决第一晶粒粘贴膜5具有粘性，不易操作的问题。对于环氧树脂层6的选择，是因为其切割难度小；如果选择玻璃片、蓝宝石单晶片或者蓝宝石玻璃片也可以，但是这些材料的切割难度大，若是要保证玻璃片等材料的边缘光滑，则需要精密的设备，由此就很难控制封装结构的良率，也会使得制备成本较高。环氧树脂层6的厚度为95-105um。设置环氧树脂层6的封装结构示意图如图2所示,后期研磨掉环氧树脂层6和塑封部4顶部的封装结构示意图如图1所示。
47.另外，采用环氧树脂层6还具有以下优点：
48.1、因为存在环氧树脂层6，后期需要研磨掉，所以在塑封料塑封时，可以选择常规的塑封方式，从封装结构的两侧和上方一同灌注塑封料，冲击压力不大，不易发生线弧冲弯的情况。而如果环氧树脂层6置换为玻璃片材料，那么因为玻璃片材料不易研磨，如果选择保留玻璃片在封装结构中，为了不让塑封料沾到玻璃片的上表面，那么在塑封时，只能从两侧灌注，这样冲击压力较大，面对长线弧、高密线弧的产品，存在更大的线弧冲弯风险。另外，在面对光接受芯片和光发射芯片2的高度不一致时，高度过高的芯片，在工作过程中模具会压碎芯片；高度过低的芯片，塑封料塑封时,会填充到玻璃片的上表面，导致玻璃片上表面的透光度降低,影响封装结构的良率。
49.2、在封装结构塑封后，研磨塑封部4顶部和环氧树脂层6，直至第一晶粒粘贴膜5的上表面裸露，保证塑封部4只是在光发射芯片2和光接收芯片3之间形成不透光的阻挡墙。环氧树脂层6的研磨工艺比较成熟，难度不高,降低整个工艺的难度。
50.步骤s1中，光发射芯片2和光接收芯片3通过第二晶粒粘贴膜或者晶粒粘贴胶设置在基板1上。待第二晶粒粘贴膜固化后，在光发射芯片2、光接收芯片3表面进行引线8键合作业。具体实施时，第二晶粒粘贴膜可以采用15-30um厚度的热固性晶粒粘贴膜；优先选择市场上存在的汉高的atb f125e型号的25um厚度的晶粒粘贴膜，该厚度的热固性晶粒粘贴膜量产经验丰富，购买方便。
51.步骤s2中，在引线8键合作业结束后，对基板1进行加热，在温度100-150℃时，再进行第一晶粒粘贴膜5的安装。对基板1进行加热，在温度100-150℃时，可以保证线弧具有一定温度，具有温度的线弧可以软化安装过程中的第一晶粒粘贴膜5，保证线弧不塌陷。
52.步骤s3中，不透光塑封料为黑色塑封树脂。一方面，不透光的塑封料可以在光发射芯片2和光接收芯片3之间形成隔离，隔绝干扰光。另一方面，不透光的塑封料收缩率小，不易造成基板1变形，对作业自动化的稳定运行提供基础，生产效率有保障。黑色塑封树脂可以使用住友电木g700la型号的产品。
53.步骤s4中，先用真空吸盘吸附塑封后的整条产品，使用1500目或者2000目的磨轮与产品旋转方向相反研磨，限位探针设置减薄高度为塑封部4顶部和环氧树脂层6的厚度之和，研磨减薄直至第一晶粒粘贴膜5的上表面裸露，并控制其表面粗糙度位于0.1-0.6um之间，不影响第一晶粒粘贴膜5的透光率。
54.本实施例的整个工艺流程简单易操作，按照本发明公开的制备方法制备的光电传感器封装结构，成本较低，且能够很好的隔绝芯片之间的干扰光。另外，本发明提供的制备方法既可以避免新模具的开发、收缩率较大的透明塑封料的引入、额外开槽的复杂工艺，还能实现稳定自动化的生产，提高生产效率。
55.以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.光电传感器封装结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、提供基板和设于基板一侧的至少一个光电传感器单元，所述光电传感器单元包括光发射芯片和光接收芯片；提供高透光的第一晶粒粘贴膜，所述第一晶粒粘贴膜上表面设有环氧树脂层，按照光发射芯片和光接收芯片的尺寸对第一晶粒粘贴膜进行切割；s2、在所述光发射芯片、光接收芯片通过引线键合连接到基板后，将切割后的第一晶粒粘贴膜的下表面分别连接至相同尺寸的光发射芯片或者光接收芯片的顶面；在引线键合作业结束后，对基板进行加热，在温度100-150℃时，再进行第一晶粒粘贴膜的安装；s3、对所述第一晶粒粘贴膜烘烤固化后，利用不透光塑封料对光发射芯片、光接收芯片进行塑封，形成塑封部；s4、研磨塑封部顶部和环氧树脂层，直至第一晶粒粘贴膜的上表面裸露；使第一晶粒粘贴膜的上表面粗糙度位于0.1-0.6um之间；所述塑封部在光发射芯片和光接收芯片之间形成不透光的阻挡墙；所述第一晶粒粘贴膜为117-123um厚度，透光率大于95％的热固性晶粒粘贴膜。2.根据权利要求1所述的光电传感器封装结构的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述光发射芯片和光接收芯片通过第二晶粒粘贴膜或者晶粒粘贴胶设置在基板上。3.根据权利要求2所述的光电传感器封装结构的制备方法，其特征在于，所述第二晶粒粘贴膜为15-30um厚度的热固性晶粒粘贴膜。4.根据权利要求3所述的光电传感器封装结构的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，所述不透光塑封料为黑色塑封树脂。5.根据权利要求4所述的光电传感器封装结构的制备方法，其特征在于，在步骤s4中，所述环氧树脂层的厚度为95-105um。6.一种利用权利要求1-5中任一项所述的制备方法制成的光传感器封装结构，其特征在于，包括基板、至少一个光电传感器单元和塑封部，所述光电传感器单元通过第二晶粒粘贴膜设置在基板上，所述光电传感器单元包括光发射芯片和光接收芯片；所述光发射芯片和光接收芯片的顶面设有高透光的第一晶粒粘贴膜，所述塑封部包裹光发射芯片、光接收芯片及第一晶粒粘贴膜的所有侧面，且使第一晶粒粘贴膜的上表面裸露。

技术总结
本发明公开了一种光电传感器封装结构及其制备方法，该结构包括基板、至少一个光电传感器单元和塑封部，所述光电传感器单元通过第二晶粒粘贴膜设置在基板上，所述光电传感器单元包括光发射芯片和光接收芯片；所述光发射芯片和光接收芯片的顶面设有高透光的第一晶粒粘贴膜，所述塑封部包裹光发射芯片、光接收芯片及第一晶粒粘贴膜的所有侧面，且使第一晶粒粘贴膜的上表面裸露。本发明公开的上述封装结构的制备方法，整个工艺流程简单易操作，结合高透光的第一晶粒粘贴膜和不透光的塑封料对芯片进行封装，结构创新，成本较低，且能够很好的隔绝芯片之间的干扰光。的隔绝芯片之间的干扰光。的隔绝芯片之间的干扰光。


技术研发人员：刘颖
受保护的技术使用者：江苏芯德半导体科技有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/10/11