[发明专利]具有暴露的传感器阵列的传感器封装以及制造其的方法

说明书

封装的传感器组装件及形成其的方法，包括具有相对的第一与第二表面和各自在第一与第二表面之间延伸的多个传导元件的第一衬底。第二衬底包括相对的前表面与后表面，形成在前表面中或上的一个或多个探测器，以及形成在前表面处的电气耦合到一个或多个探测器的多个接触垫。第三衬底安装到前表面以在第三衬底与前表面之间限定腔室，其中第三衬底包括从腔室延伸通过第三衬底的第一开口。后表面被安装到第一表面。多个布线各自在接触垫中的一个与传导元件中的一个之间延伸并且电气连接这二者。

相关申请

本申请要求2013年6月3日提交的美国临时申请号61/830,563和2013年6月5日提交的美国临时申请号61/831,397的优先权，并且它们通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及诸如图像传感器和化学传感器之类的微电子传感器设备的封装，并且更具体地涉及使传感器受保护、电气连接但又暴露的传感器封装。

背景技术

半导体设备的趋势是封装在较小封装（其保护芯片同时提供芯片外信令连接性）中的较小集成电路（IC）设备（还称为芯片）。一个示例是图像传感器，其是包括将入射光变换成电气信号的光电探测器的IC设备。

图像传感器典型地包封在保护传感器以免受污染并且提供芯片外信令连接性的封装中。然而，一个问题在于用于包封光学传感器的透明衬底能够不利地影响穿过其并且到达传感器上的光（例如失真和光子损失）。另一类型的传感器是化学传感器，其探测诸如气体和化学品之类的物理物质。然而，为了操作，化学传感器不能从环境密封，而仍旧合期望的是封装这样的传感器以用于保护和芯片外信令连接性。

在美国专利出版物2005/0104186和2005/0051859以及美国专利6,627,864中公开常规传感器封装。每一个所公开的传感器封装包括传感器芯片、诸如硅构件之类的主衬底、PCB或挠性PCB、用于传感器区域的窗口开口以及气密地密封传感器区域的透明玻璃。可选地并且频繁地，密封区域填充有透明环氧化物以改进传感器管芯与主衬底之间的键合强度，这牺牲至少某些光子传感器的灵敏度。透明玻璃用来保护传感器区域以免受污染和潮湿同时还向封装提供附加衬底强度和刚性。传感器芯片通常通过倒装芯片或布线键合技术而安装到主衬底上。这允许传感器键合垫通过诸如球状栅格阵列（BGA）之类的互连与主衬底的表面上的多个金属迹线连接。金属迹线通常沉积在主衬底的表面上，其典型地由单层电路构成。然而，难以实现具有这些配置的减少的尺寸和防止组装过程期间的传感器区域污染。

存在针对改进的封装和封装技术的需要，其在具有芯片外信令连接性的情况下对传感器提供某种保护，而又使传感器暴露于所探测到的情况。还存在针对具有支持主衬底的改进的附连和连接性方案的需要。

发明内容

前述问题和需要通过所封装的传感器组装件解决，该传感器组装件包括具有相对的第一和第二表面的第一衬底以及各自在第一和第二表面之间延伸的多个传导元件。第二衬底包括相对的前表面和后表面、形成在前表面上或中的一个或多个探测器、以及形成在前表面处的电气耦合到一个或多个探测器的多个接触垫。第三衬底安装到前表面以在第三衬底与前表面之间限定腔室，其中第三衬底包括从腔室延伸通过第三衬底的第一开口。后表面安装到第一表面。多个布线各自在接触垫中的一个与传导元件中的一个之间延伸并且电气连接这二者。

所封装的传感器组装件包括：包括相对的前表面和后表面的第一衬底；形成在前表面上或中的一个或多个探测器；形成在前表面处的电气耦合到一个或多个探测器的多个接触垫；安装到前表面以在第二衬底与前表面之间限定腔室的第二衬底，其中第二衬底包括从腔室延伸通过第二衬底的第一开口；形成到第一衬底的前表面中的沟槽；以及各自从接触垫中的一个延伸并且到沟槽中的多个传导迹线。