包括容纳电子芯片的透明封装结构的电子设备及制造方法与流程

包括容纳电子芯片的透明封装结构的电子设备及制造方法
1.优先权
2.本技术要求于2020年4月8日提交的专利号2003539的法国申请的优先权，在法律允许的最大范围内通过引用将该申请的全部内容合并于此。
技术领域
3.本发明的实施例和实现涉及微电子领域，并且更具体地，涉及包括集成了光学元件的电子集成电路芯片的电子器件的封装领域。


背景技术：

4.传统的电子器件包括电子集成电路(ic)芯片，所述电子集成电路(ic)芯片集成嵌入在分布在基础基底的表面上的透明树脂层中的光学元件。
5.透明树脂层通常支撑形成具有集成光学元件的光学组件的光学晶片。
6.在传统的电子器件生产过程中，若干电子集成电路芯片固定在同一基底上，它们嵌入到透明树脂层中，然后它们随后与基底的其它电子集成电路芯片分离。
7.为了分离电子芯片，例如使用锯切割透明树脂层。然后，每个树脂块封装单个电子芯片及其相关联的光学元件。
8.这样的布置存在问题，因为每个树脂块可能具有由所使用的生产方法引起的形状的不确定性，损害了特别是树脂块上的封装盖的精确组装，或者实际上损害了由集成光学元件和光学晶片形成的光学组件。
9.实际上，可以例如在热处理之后，在透明树脂和盖之间形成间隙。
10.此外，树脂块可以例如由于切割树脂层的锯的对准不良和/或磨损而具有形状缺陷。
11.因此，希望降低封装了电子芯片(其集成光学元件的)的透明元件的生产不确定性。


技术实现要素：

12.根据一个方面，一种电子设备包括：具有安装面的基础基底；至少一个电子芯片，包括固定到基础基底的安装面上的背面，并且将光学元件集成在所述至少一个电子芯片的正面上；透明封装结构，接合到基础基底上，包括至少一个壳体，该至少一个壳体包括内腔，该内腔限定容纳所述至少一个电子芯片的腔室，并且支撑在封装结构的外表面上面向每个光学元件定位的滤光光学晶片；以及不透明盖，覆盖透明封装结构，并且包括面向每个光学晶片定位的局部开口。
13.因此，透明封装结构的形状和光学性质可以从基础基底上的接合的上游控制。该封装结构还使得能够将滤光光学晶片保持在封装结构的外表面上，封装结构的位置和形状可以从基础基底上的接合的上游控制。
14.因此，不会引起诸如锯对准或锯磨损的常规技术的问题，并且更好地控制电子设
备的结构。
15.此外，不透明盖使得能够覆盖透明封装结构，使得仅每个滤光光学晶片允许进入腔室的内部的光和来自腔室的外部的光通过，反之亦然。类似地，不透明盖在覆盖透明封装结构之前可以具有受控的形状。
16.根据实施方式，透明封装结构设置有空的前凹部，所述空的前凹部位于面向每个光学元件的封装结构的外表面上并容纳所述滤光光学晶片。
17.换言之，封装结构中的空的前凹部使得能够将光学晶片保持在封装结构的外表面上的固定位置。
18.根据实施方式，所述至少一个电子芯片包括第一电子芯片和第二电子芯片，该设备还包括第一电子芯片和第二电子芯片之间的不透明分隔件。
19.因此，不透明分隔件使得能够有利地防止第一电子芯片的第一光学元件和第二电子芯片的第二光学元件之间的光路。
20.根据实施方式，所述至少一个壳体包括单个透明壳体，该单个透明壳体限定容纳第一电子芯片和第二电子芯片的单个腔室，并且不透明分隔件包括位于腔室的内部的不透明粘合剂体积。
21.因此，单个腔室然后容纳第一电子芯片和第二电子芯片，并且正是不透明粘合剂体积使得能够防止腔室的内部的在第一电子芯片的第一光学元件和第二电子芯片的第二光学元件之间的直接光路。
22.根据进一步的实施方式，所述至少一个壳体包括第一透明壳体和第二透明壳体，第一透明壳体限定容纳第一电子芯片的第一腔室，第二透明壳体限定容纳第二电子芯片的第二腔室，腔室外部的中间空间将第一腔室和第二腔室隔开。
23.因此，第一腔室相对于第二腔室的相对位置是自由的，并且第一腔室和第二腔室之间的中间空间使得在第一腔室和第二腔室之间不形成波导成为可能。
24.根据进一步的实施方式，所述至少一个壳体包括单个透明壳体，该单个透明壳体限定容纳第一电子芯片的第一腔室和容纳第二电子芯片的第二腔室，腔室外部的中间空间使第一腔室和第二腔室隔开，该壳体包括平面部分，该平面部分连接腔室并位于基础基底上。
25.因此，第一腔室相对于第二腔室的相对位置受到连接两个腔室的平面部分的尺寸的限制，这使得第一腔室相对于第二腔室精确定位成为可能。
26.根据实施方式，基础基底包括凹部，该凹部在基础基底的安装面中是空的并包含该壳体的平面部分。
27.有利地，在基础基底的安装面中的空的凹部使得壳体的平面部分不在第一腔室和第二腔室之间形成光路成为可能。
28.不透明盖可以包括或不包括光学地分隔第一腔室和第二腔室的不透明分隔件。
29.根据实施方式，不透明盖包含插入到第一腔室和第二腔室之间的中间空间中的不透明分隔件。
30.根据进一步的实施方式，不透明分隔件填充第一腔室和第二腔室之间的中间空间，并且不透明盖接合到不透明分隔件的自由顶面。
31.根据进一步的实施方式，不透明盖和不透明分隔件包括溅射到透明封装结构的外
表面上的不透明材料。
32.根据实施方式，集成在第一电子芯片中的光学元件包括辐射发射器，并且集成在第二电子芯片中的光学元件包括辐射接收器，集成在第二电子芯片中的光学元件旨在接收由集成在第一电子芯片中的光学元件发射的在反射到外部元件上后的辐射。
33.根据另一方面，一种用于制造电子设备的方法，包括：将至少一个电子芯片的背面紧固到基础基底的安装面上，所述至少一个电子芯片将光学元件集成在正面上；将透明封装结构接合在基底的安装面上，该透明封装结构包括至少一个壳体，该至少一个壳体包括限定腔室的内腔，使得每个腔室容纳所述至少一个电子芯片；将滤光光学晶片面向每个集成光学元件的安装到透明封装结构上；安装覆盖封装结构的不透明盖，以定位面向每个集成光学元件的不透明盖的局部开口。
34.根据一种实施方式，滤光光学晶片安装在位于面向每个光学元件的封装结构的外表面上的空的前凹部中，并设想容纳光学晶片。
35.根据一种实施方式，所述至少一个电子芯片包括第一电子芯片和第二电子芯片，封装结构的接合包括在第一电子芯片和第二电子芯片之间放置不透明分隔件。
36.根据一种实施方式，所述至少一个壳体限定单个腔室，封装结构的接合包括第一电子芯片和第二电子芯片的腔室中的壳体，并且不透明分隔件的放置包括在第一电子芯片和第二电子芯片之间形成不透明粘合剂体积。
37.根据一种实施方式，所述至少一个壳体包括限定第一腔室的第一透明壳体和限定第二腔室的第二透明壳体，透明封装结构的接合包括第一壳体和第二壳体的布置，以便将第一电子芯片容纳在第一腔室中，并且将第二电子芯片容纳在第二腔室中，并且在腔室的外部留下中间空间，该中间空间将第一腔室和第二腔室隔开。
38.根据一种实施方式，所述至少一个壳体包括限定第一腔室和第二腔室的单个透明壳体，腔室的外部的中间空间将第一腔室和第二腔室隔开，该壳体包括连接腔室的平面部分，封装结构的接合包括在第一腔室中容纳第一电子芯片和在第二腔室中容纳第二电子芯片，并且平面部分定位在基础基底上。
39.根据一种实施方式，该方法还包括：在安装面中形成空凹部，空凹部旨在容纳壳体的平面部分，并且平面部分定位在安装面的空凹部中。
40.根据一种实施方式，放置不透明分隔件包括在第一透明腔室和第二透明腔室之间的中间空间中插入包含在不透明盖中的不透明分隔件。
41.根据一种实施方式，放置不透明分隔件包括用不透明材料填充第一腔室和第二腔室之间的中间空间，随后将不透明盖接合到不透明分隔件的自由顶面上。
42.根据一种实施方式，在封装结构上安装不透明盖和放置不透明分隔件包括将不透明材料溅射到透明封装结构的外表面上。
43.根据执行模式，集成在第一电子芯片中的光学元件包括辐射发射器，并且集成在第二电子芯片中的光学元件包括辐射接收器，集成在第二电子芯片中的光学元件旨在接收由集成在第一电子芯片中的光学元件发射的反射到外部元件上后的辐射。
附图说明
44.本发明的其它优点和特征将以非限制的方式，通过研究实施例和实施方式以及附
图的详细描述而显现出来，在附图中：
45.图1a、图2a和图3a示出了电子设备的三个实施例；
46.图1b、图2b和图3b示出了透明封装结构的三维视图；
47.图4a、图4b和图4c示出了不透明盖的实施例；以及
48.图5是一个流程图。
具体实施方式
49.图1a、图2a和图3a示出了包括基础基底(base substrate)ss的电子设备的三个实施例，基础基底ss包括安装面fm，电子集成电路(ic)芯片安装在安装面fm上并电耦合到基础基底ss的互连网络。
50.基础基底包括背面，在背面上，互连网络的金属连接用于将设备与外部装备连接。
51.透明封装结构接合到基础基底ss的安装面fm上。
52.封装结构例如可以是由透明塑料制成的部件，该透明塑料例如是通过注射模塑技术独立于基础基底ss制造的。
53.透明封装结构包括一个或多个透明壳体st1
‑
1、st1
‑
2、st2、st3，每个透明壳体具有形成一个或多个腔室的内部腔室，每个腔室旨在容纳集成光学元件的一个或多个电子芯片pe1、pe2。
54.在本文中，短语“用于容纳电子芯片的腔室”表示能够容纳至少一个电子芯片的体积的自由空间。
55.该腔室一方面由透明壳体的内表面限定，并且另一方面由基础基底ss的安装面限定。换句话说，容纳电子芯片的腔室可选地是密封的、封闭的自由空间，可选地填充有准真空气体。
56.透明封装结构特别用于支撑位于面向电子芯片的每个光学元件的封装结构的外表面上的滤光光学晶片pa1、pa2。这些滤光光学晶片pa1、pa2例如可以在平面图(即，朝向透明封装结构的顶表面的视图)中具有正方形或矩形形状。
57.换言之，光学晶片pa1、pa2被定位成使得到达每个光学元件的光线预先由相应的光学晶片过滤，并且相反地，使得由每个光学元件发射的光线由离开容纳该光学元件的腔室的相应的光学晶片过滤。
58.滤光光学晶片pa1、pa2可以有利地位于空凹部ev1、ev2中，空凹部ev1、ev2位于封装结构的外表面上。
59.可选地，光学晶片pa1、pa2可以设置(例如接合)在封装结构的面向相应光学元件的平面外表面上。
60.根据不同的示例，封装结构可以包括一个或多个壳体，每个壳体包括腔室，每个腔室包含一个或多个电子芯片。
61.封装结构例如可以包括单个壳体st2，其中，第一腔室容纳第一电子芯片pe1，并且第二腔室容纳第二电子芯片pe2。
62.否则，封装结构例如可以包括单个壳体st3，其中，单个腔室容纳第一电子芯片pe1和第二电子芯片pe2。
63.否则，封装结构例如可以包括两个独立的壳体，第一壳体st1
‑
1包括容纳第一电子
芯片pe1的第一腔室，并且第二壳体st1
‑
2包括容纳第二电子芯片pe2的第二腔室。
64.每个壳体可以具有通常为多面体的形状，例如具有正方形或矩形底部。显然，可以设想用于壳体的其它形状，例如具有梯形基座的块体、或圆柱体，每个壳体包括限定适于容纳至少一个电子芯片pe1、pe2的腔室的内腔、适于支撑光学晶片pa1、pa2的外表面和至少一个开口面，至少一个开口面接合到基座基底ss的安装面fm上。
65.图1a、图2a和图3a更具体地示出了“tof”飞行时间距离传感器的应用示例，其中，第一电子芯片pe1和第二电子芯片pe2成对操作。例如，第一电子芯片pe1发射信号，该信号被反射到设备外部的表面上，然后在反射之后由第二电子芯片pe2检测。然后，设备可以确定信号的发射和接收之间经过的时间，并且从而推断出设备和外表面间隔的距离。
66.然后，第一电子芯片pe1集成光学发射器，通常为激光二极管，并且第二电子芯片pe2集成与发射器相关联的光学检测器，通常为光敏传感器。
67.图1a示出了一种实施方式，其中，透明封装结构包括第一壳体st1
‑
1和第二壳体st1
‑
2，第一壳体st1
‑
1和第二壳体st1
‑
2被中间空间隔开，并且接合到基础基底ss的安装面fm上。
68.中间空间例如在该实施方式中是物理分隔第一壳体st1
‑
1和第二壳体st1
‑
2的空间。
69.通常，该中间空间由第一壳体和第二壳体的两个相对面限定，两个相对面间隔150至500μm(微米)数量级的距离。
70.图1b示出了包括第一壳体st1
‑
1和第二壳体st1
‑
2的透明封装结构的三维视图，如以上参考图1a所述。
71.第一壳体st1
‑
1包括形成第一滤光光学晶片pa1的支撑的第一平面外表面。支撑光学晶片pa1的第一外表面是与基础基底ss的安装面fm平行的面，以面向第一电子芯片pe1的光学元件布置第一光学晶片pa1。
72.第二壳体st1
‑
2包括形成第二滤光光学晶片pa2的支撑的第二平面外表面。支撑光学晶片pa2的第二外表面也是平行于基础基底ss的安装面fm的面，以面向第二电子芯片pe2的光学元件布置第二光学晶片pa2。
73.图2a示出了包括透明壳体st2的透明封装结构，透明壳体st2包括第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室由中间空间隔开，并且由位于在基础基底ss上的平面部分连接。
74.第一腔室容纳第一电子芯片pe1，并且第二腔室容纳第二电子芯片pe2。
75.透明壳体st2的平面部分有利地定位在基础基底ss的安装面fm中的空的凹部中。
76.在基底ss中的空的凹部足够深，以完全容纳在基础基底的安装面fm下方的透明壳体st2的平面部分。
77.因此，这些布置使得能够防止壳体st2的平面部分在第一电子芯片的光学元件和第二电子芯片的光学元件之间形成直接光路。
78.图2b示出了透明封装结构的三维视图，透明封装结构包括透明壳体st2，透明壳体st2包括通过参照图2a描述的平面部分连接的两个分离的腔室。
79.壳体具有接合到基础基底ss的安装面fm上的至少一个开口面。
80.壳体st2包括第一凹部ev1和第二凹部ev2，每个凹部分别位于每个腔室的与基底的安装面fm平行的外表面上。第一凹部ev1和第二凹部ev2分别被定位成面向第一芯片pe1
和第二芯片pe2的光学元件。因此，凹部被设想为容纳面向所述光学元件的滤光光学晶片pa1、pa2。
81.图3a示出了包括透明壳体st3的透明封装结构，该透明壳体st3包括形成容纳第一电子芯片pe1和第二电子芯片pe2的单个腔室的内腔。
82.在腔内，第一电子芯片pe1和第二电子芯片pe2被位于第一芯片pe1和第二芯片pe2之间的单个腔室中的不透明粘合剂体积c3a隔开。不透明粘合剂体积c3a完全防止直接光线在第一电子芯片pe1和第二电子芯片pe2之间的透射。
83.图3b示出了透明封装结构的三维视图，透明封装结构包括透明壳体st3，透明壳体st3包括形成单个腔室的内腔，参照图3a描述。
84.壳体st3包括位于面向第一电子芯片pe1的光学元件的壳体的外表面上的第一凹部ev1和位于面向第二电子芯片pe2的光学元件的壳体的外表面上的第二凹部ev2。
85.图4a、图4b和图4c示出了不透明盖co4a、co4b、co4c
‑
1、co4c
‑
2的实施例，覆盖透明封装结构和透明封装结构的第一腔室和第二腔室之间的不透明分隔件c4a、c4b、c4c。
86.不透明分隔件c4a、c4b、c4c阻挡容纳在第一腔室中的第一电子芯片pe1的第一光学元件与容纳在第二腔室中的第二电子芯片pe2的第二光学元件之间的直接光路。
87.在应用“tof”飞行时间传感器类型的情况下，不透明分隔件使得能够防止接收器光学元件对发射器光学元件发射的信号的寄生检测，并且该信号不会被试图确定其存在的外部表面反射。
88.此外，每个不透明盖co4a、co4b、co4c
‑
1、co4c
‑
2具有由透明封装结构支撑的面向光学晶片pa1、pa2设置的局部开口。
89.在图4a和图4b的实施方式示例中，根据上面参照图2a和图2b描述的实施方式实例任意选择透明封装结构st2。
90.图4a示出了不透明盖co4a，其具有插入到位于第一腔室和第二腔室之间的中间空间中的不透明分隔件c4a。在该示例中，不透明分隔件c4a是不透明盖co4a的组件(即，它与不透明盖co4a是一体的)。
91.图4b示出了在位于第一腔室和第二腔室之间的中间空间中形成的不透明分隔件c4b。不透明盖co4b接合到不透明分隔件c4b的顶面上以及基底ss的安装面fm上。
92.不透明分隔件co4b形成在中间空间中并模压到封装结构的壁上，由此使得能够使不透明分隔件c4a的形成适应于封装结构的任何特定形状，并且防止不透明分隔件在中间空间中相对于盖的定位的任何对准问题。
93.显然，图4a和图4b中的实施方式示例可以完美地应用于上面参考图1a和图1b描述的透明封装结构的实施方式示例中。
94.图4c示出了通过沿着透明封装结构的轮廓溅射不透明材料而形成的不透明盖co4c
‑
1、co4c
‑
2。在该示例中，封装结构由两个独立壳体st4c
‑
1、st4c
‑
2形成，如上文参考图1a和图1b所述。
95.假定不透明盖co4c
‑1‑
co4c
‑
2是通过不透明材料的溅射形成的，它模塑到包括两个壳体的封装结构的壁上，特别是在第一腔室和第二腔室之间的中间空间的水平上。
96.通过溅射材料形成的不透明盖co4c
‑
1、co4c
‑
2在两个独立壳体st4c
‑
1、st4c
‑
2的全部外表面上放置不透明覆盖物，从而使其能够以防止在第一腔室和第二腔室之间形成直
接光路。不透明分隔件c4c由相同的材料形成，并且完全刚性地连接到不透明盖co4c
‑
1、co4c
‑
2。
97.不透明盖co4c
‑
1、co4c
‑
2的这个实施方式示例，显然可以应用于参照图2a、图2b、图3a和图3b描述的透明封装结构实施方式示例。
98.图5示出了如以上参考图1a至图4c所述的生产或组装电子设备的步骤。
99.在组装电子设备之前的步骤r1期间，制造如上面参照图1a至图3b所述的透明封装结构。例如，透明封装结构的制造包括将透明塑料材料注射到为此目的设置的模具中。
100.第一步骤s1包括将集成了光学元件的电子芯片紧固到基础基底的安装面上。
101.电子芯片的紧固通常包括将设想在电子芯片上的焊球与容纳焊球的基础基底的焊接表面进行焊接，或者实际上是将电子芯片接合，以及电子芯片与在芯片的焊料板与基础基底的焊接表面之间拉出的焊料线的电连接。
102.在第二步骤s2中，接合包括基底的安装面fm上的一个或多个腔室的透明封装结构，使得封装结构的每个腔室容纳电子芯片。
103.在第三步骤s3中，将滤光光学晶片pa1、pa2面向每个光学元件安装在透明封装结构上。例如，光学晶片楔入和/或接合在位于封装结构的外表面上的空的前凹部中，或接合到封装结构的平面外表面上。
104.第四步骤s4包括用不透明盖覆盖封装结构，使得不透明盖的局部开口面向每个光学元件定位，并且不透明分隔件放置在相同封装结构的腔室之间。
105.为了制造如参考图4b所述的设备，步骤s4包括在同一壳体st2的第一腔室和第二腔室之间的中间空间中放置不透明分隔件c4b，然后在不透明分隔件c4b的顶表面上设置粘合剂体积g4b，最后通过不透明盖物co4b覆盖不透明分隔件c4b的封装结构和顶部结构。
106.为了制造如参考图4c所述的设备，步骤s4包括溅射不透明材料co4c
‑
1、co4c
‑
2，使得封装结构的外表面被相同的不透明材料覆盖，从而同时形成不透明盖co4c
‑
1、co4c
‑
2和不透明分隔件c4c。