TWI743909B - 用於asic及光學組件之整合的嵌入式封裝概念 - Google Patents

Abstract

所描述者係光學封裝及製造方法。在一實施例中，將一控制器晶片連同光學組件嵌入一單一封裝中，該等光學組件包括一光偵測器(PD)及一或多個發射器。

Description

用於ASIC及光學組件之整合的嵌入式封裝概念

本文描述之實施例係關於微電子封裝，且更具體地係關於光學封裝。

隨著微電子裝置變得越來越小且更可攜，日漸將感測器併入以為了偵測與裝置之使用關聯的環境或背景。在此種感測器中包括光感測器或近接感測器，其等可偵測環境光或對目標物體(諸如使用者的耳或臉)的鄰近度。在一實施方案中，近接感測器可包括光源及光偵測器(photodetector,PD)。在應用中，PD可藉由測量來自光源之光的量而偵測對目標物體的鄰近度。

所描述者係將一控制器晶片連同光學組件嵌入在一單一封裝中的光學封裝及製造方法，該等光學組件包括一或多個光偵測器(PD)及一或多個發射器。在一實施方案中，該控制器晶片及光學組件係並排地配置在一單一封裝級中。在其他實施方案中，該控制器晶片係嵌入在一第一封裝級中，且該等 光學組件係在一第二封裝級中堆疊在該控制器晶片之上。該等光學組件可使用各種解決方案佈線，包括重分布層(redistribution layer,RDL)、印刷電路板(printed circuit board,PCB)、垂直通孔、及線接合。在一些實施方案中，將雷射直接成型(laser direct structuring,LDS)技術用於電氣線連接。

100:光學封裝

102:背側佈線層

103:頂側

104:底側

105:著陸墊

106:金屬跡線

107:介電層/通孔

108:通孔

109:接觸墊

110:印刷電路板核心/PCB核心

112:垂直通孔

114:層壓體本體

115:腔

116:頂側著陸墊

118:底側著陸墊

120:控制器晶片

122:接觸墊

130:光偵測器/PD

132:頂部電極

134:底部電極

140:發射器

142:頂部電極

144:底部電極

150:模製化合物

160:前側佈線層/前佈線層

162:孔徑

164:介電層

165:接觸墊

166:金屬跡線

168:通孔

169:接觸墊

170:焊料凸塊

180:封裝級

200:載體基材

202:支撐基材

204:黏著劑層

270:焊料凸塊

410:PCB核心

411:LDS相容模製化合物/模製化合物

412:垂直通孔

413:垂直通孔

414:本體

415:腔

416:頂側著陸墊

418:底側著陸墊

450:模製化合物

460:頂側佈線層

464:介電層

465:接觸墊

466:金屬跡線

467:跡線佈線

468:通孔

480:封裝級

490:模製化合物

491:模製化合物

493:垂直通孔

497:跡線佈線

500:模製化合物

502:導線

504:跡線

510:焊料凸塊

600:LDS相容模製化合物

601:濾波器層

602:頂側

604:底側

605:模製化合物

610:金屬成核層

612:成核層

614:成核層

620:電鍍金屬

693:垂直通孔

1210:操作

1220:操作

1230:操作

1240:操作

1250:操作

1260:操作

1270:操作

1280:操作

1290:操作

1292:操作

1510:操作

1520:操作

1530:操作

1540:操作

1550:操作

1560:操作

1570:操作

1580:操作

1590:操作

1810:操作

1820:操作

1830:操作

1840:操作

2010:操作

2015:操作

2020:操作

2025:操作

2030:操作

2035:操作

2040:操作

2045:操作

2050:操作

2055:操作

2060:操作

2102:殼體

2110:開口

2202:殼體

2210:開口

2302:殼體

2310:開口

5010:操作

5020:操作

5022:操作

5024:操作

5026:操作

5028:操作

5030:操作

5032:操作

5034:操作

5060:操作

5062:操作

5064:操作

5066:操作

5068:操作

7010:操作

7020:操作

7030:操作

7040:操作

7050:操作

9010:操作

9020:操作

9030:操作

9040:操作

9050:操作

9060:操作

9070:操作

9080:操作

〔圖1〕係根據一實施例之包括並排的控制器晶片及光學組件之光學封裝的示意剖面側視圖繪示。

〔圖2〕係根據一實施例之製造圖1之光學封裝之方法的程序流程。

〔圖3A〕至〔圖3F〕係根據一實施例之製造圖1之光學封裝之方法的示意剖面側視圖繪示。

〔圖4A〕至〔圖4B〕係根據實施例之具有堆疊在控制器晶片之上的光學組件之光學封裝的示意剖面側視圖繪示。

〔圖5A〕係根據實施例之製造圖4A至圖4B之光學封裝之方法的程序流程。

〔圖5B〕係根據一實施例之製造圖4A之光學封裝之方法的程序流程。

〔圖5C〕係根據一實施例之製造圖4B之光學封裝之方法的程序流程。

〔圖6A〕係根據一實施例之包括堆疊在控制器晶片之上的光學組件及第二封裝級雷射直接成型之光學封裝的示意剖面側視圖繪示。

〔圖6B〕係根據一實施例之雷射直接成型通孔的示意剖面側視圖繪示。

〔圖7〕係根據一實施例之製造圖6A之光學封裝之方法的程序流程。

〔圖8〕係根據一實施例之以第一及第二封裝級雷射直接成型之包括堆疊在控制器晶片之上的光學組件之光學封裝的示意剖面側視圖繪示。

〔圖9〕係根據一實施例之製造圖8之光學封裝之方法的程序流程。

〔圖10A〕至〔圖10F〕係根據一實施例之製造圖8之光學封裝之方法的示意剖面側視圖繪示。

〔圖11〕係根據一實施例之以第一及第二封裝級雷射直接成型之包括堆疊在控制器晶片之上的光學組件之光學封裝的示意剖面側視圖繪示。

〔圖12〕係根據一實施例之製造圖11之光學封裝之方法的程序流程。

〔圖13A〕至〔圖13H〕係根據一實施例之製造圖11之光學封裝之方法的示意剖面側視圖繪示。

〔圖14〕係根據一實施例之以第一及第二封裝級雷射直接成型之包括堆疊在控制器晶片之上的光學組件之光學封裝的示意剖面側視圖繪示。

〔圖15〕係根據一實施例之製造圖14之光學封裝之方法的程序流程。

〔圖16A〕至〔圖16H〕係根據一實施例之製造圖14之光學封裝之方法的示意剖面側視圖繪示。

〔圖17〕係根據一實施例之包括堆疊在控制器晶片之上的光學組件及線接合之光學封裝的示意剖面側視圖繪示。

〔圖18〕係根據一實施例之製造圖17之光學封裝之方法的程序流程。

〔圖19〕係根據一實施例之包括堆疊在控制器晶片之上的光學組件及線接合之光學封裝的示意剖面側視圖繪示。

〔圖20〕係根據一實施例之製造圖19之光學封裝之方法的程序流程。

〔圖21A〕至〔圖21B〕係根據一實施例之耳塞式耳機(earbud)的示意側視圖繪示。

〔圖22〕係根據一實施例之耳機的示意側視圖繪示。

〔圖23〕係根據一實施例之行動電話的示意側視圖繪示。

相關申請案

本申請案主張於2019年9月23日申請之新加坡專利申請案第10201908828W號之優先權，該案以引用方式併入本文中。

實施例描述光學封裝及製造方法。尤其是，光學封裝可併入為可攜式電子裝置中的光感測器或近接感測器。在一態樣中，根據實施例的光學封裝將控制器晶片連同一或多個光偵測器(PD)及一或多個發射器嵌入在單一封裝中。控制器晶片可作用以控制一或多個PD及發射器的操作。例如，控制器晶片可係特定應用積體電路(application specific integrated circuit,ASIC)或現場可程式化閘陣列(field-programmable gate array,FPBA)。已觀察到用於近接感測器的傳統光學封裝將PD及光源安裝至撓性電路上。可將撓性電路的此端部安裝至殼體，而將撓性電路的相對端部佈線至位於殼體中之其他處的電路板上的控制器。已觀察到此一組態可特別易受機械衝擊，以及外部電磁干擾(electromagnetic interference,EMI)影響。在一態樣中，根據實施例之光學封裝及製造方法提供相較於傳統光學封裝的替代佈局及形狀因數。在一些實施例中，光學封裝可提供EMI抑制，並減輕機械衝擊。例如，EMI抑制可藉由將EMI屏蔽添加至完成的封裝、或藉由添加金屬蓋而完成。機械衝擊可藉由將多 個組件嵌入至單一封裝中(而非具有連接在撓性電路之相對端部上的多個組件)而減輕。此外，可將根據實施例的光學封裝視為係允許單獨測試及校準的系統級封裝。一些實施例可額外地與可撓性基材、及聚矽氧模製化合物相容。

在各種實施例中，參照圖式進行說明。然而，某些實施例可在無這些特定細節之一或多者的情況下實行或可與其他已知的方法及組態結合實行。在下列敘述中，為了提供對實施例的全面瞭解而提出眾多特定細節(例如，特定組態、尺寸、及程序等)。在其他例子中，為了避免不必要地使本實施例失焦，所以並未特別詳細地敘述公知的半導體程序及製造技術。此專利說明書通篇指稱的「一實施例(one embodiment)」係指與該實施例一同描述之具體特徵、結構、組態、或特性係包括在至少一實施例中。因此，此專利說明書通篇於各處出現之詞組「在一實施例中(in one embodiment)」不必然指稱相同實施例。此外，在一或多個實施例中，可以任何合適的方式結合特定特徵、結構、組態、或特性。

如本文所用之「在...上方(over)」、「至(to)」、「在...之間(between)」、及「在...上(on)」之用語可指稱一層相對於其他層的相對位置。一層在另一層「上方」或在另一層「上」或接合「至」另一層或與另一層「接觸(contact)」可與另一層直接接觸或可具有一或多個中介層。一層介於(多個)層「之間」可直接與該等層接觸或可具有一或多個中介層。

如本文所用之用語「佈線層(routing layer)」可指包括單層結構及多層結構的多種佈線，包括重分布層(RDL)、印刷電路板(PCB)、及金屬跡線層(諸如使用雷射直接成型形成者)。如本文所用之用語「發射器(emitter)」 包括發光二極體(light emitting diode,LED)，包括垂直腔表面發射雷射(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)。

在下文描述中，描述可共用類似的材料、配置、或程序的各種組態及製造序列。為了清楚及簡明起見，相似特徵可能不必然在後續繪示及程序中同樣詳細地描述。據此，應理解相關於特定繪示的特定描述亦可應用於共用相同或類似特徵的替代組態及繪示。

現參照圖1，提供根據一實施例之包括並排的控制器晶片120及光學組件之光學封裝100的剖面側視圖繪示，該等光學組件包括一或多個發射器140及PD 130。例如，多個不同的發射器140可經設計而以不同波長或強度發射。在一實施例中，光學封裝100包括背側佈線層102(其包括頂側103及底側104)，及在背側佈線層102之頂側103上的印刷電路板(PCB)核心110。PCB核心110可包括複數個垂直通孔112及複數個腔115。控制器晶片120面朝上地位於複數個腔115的第一腔內，且光偵測器(PD)130位於複數個腔115的第二腔內。模製化合物150將控制器晶片120囊封在第一腔115內並將PD 130囊封在第二腔115內。模製化合物150可由合適的模製材料(包括環氧樹脂)及更具可撓性之材料(諸如聚矽氧)形成。前側佈線層160係位於控制器晶片120、模製化合物150、PCB核心110之上。孔徑162係形成在PD 130上方的前側佈線層160內。光學封裝100可額外包括在背側佈線層102之底側104上的複數個焊料凸塊170，例如，用於安裝在電子裝置的母板或其他系統組件上。

根據實施例的光學封裝100可包括在多個發射器140上或多個發射器及一或多個PD 130。在繪示於圖1中的特定實施例中，一或多個發射器140係位於各別腔115內，且各別孔徑162係形成在各別發射器140上方的前側佈線 層160內，類似於PD 130。如所繪示者，孔徑162可具有小於對應光學組件(例如，發射器、PD)之頂部表面最大寬度的最大寬度。

根據實施例，PCB核心110可係層壓體本體114。例如，PCB核心110可係織造玻璃纖維布及聚合物(例如，樹脂)的複合物。PCB核心110可由各種合適的PCB材料(包括FR4、預浸料、聚醯亞胺等)形成。PCB核心110可係剛性或可撓性的。垂直通孔112可係銅柱，例如，在通孔鑽穿PCB核心110後使用電鍍技術形成。PCB核心110可包括頂側著陸墊116，及底側著陸墊118。

根據實施例的光學組件可係垂直組件，包括頂部電極及底部電極。具體地說，PD 130可具有頂部電極132及底部電極134，且(多個)發射器可具有頂部電極142及底部電極144。前側佈線層160可包括形成在(且可直接在)PD 130之頂部電極132及發射器140之頂部電極142上的接觸墊165。接觸墊165亦可形成在(且可直接在)面朝上的控制器晶片120的接觸墊122、及垂直通孔112或頂側著陸墊116上。

在諸如繪示於圖1中的一實施例中，前側佈線層160可係前重分布層(RDL)，其可使用薄膜處理技術在逐層程序中直接形成在下伏結構上。例如，前RDL可包括一或多條金屬跡線166、一或多個介電層164、通孔168、及接觸墊165。RDL可由合適的材料形成。例如，(多個)介電層164可由包括聚合物(例如，聚醯亞胺、環氧樹脂、環氧樹脂摻合物等)的光可成像介電材料或無機材料(例如，氧化物、氮化物)形成，而金屬跡線166及通孔168可由合適的金屬(包括銅)形成。類似地，接觸墊165可由金屬(包括銅)上或更多種金屬形成。

在諸如繪示於圖1中的一實施例中，背側佈線層102係RDL。背側佈線層102可與先前描述之前側佈線層160類似地形成。背側佈線層102可包括一或多個介電層107、通孔108、接觸墊109，及可選地包括金屬跡線106。在一實施例中，(多個)介電層107的一或多者係由與模製化合物150相同的材料形成，並可與模製化合物150同時形成。根據實施例，PD 130具有電連接至背側佈線層102的底部電極134。類似地，各發射器140具有電連接至背側佈線層102的底部電極144。可將背側佈線層102的通孔108形成為通過介電層107以與PD 130及發射器140接觸。介電層107可與模製化合物150分開或係該模製化合物的一部分。在一實施例中，通孔108延伸通過模製化合物150以分別接觸PD 130及發射器140的底部電極134、144，並可選地可延伸通過一或多個額外介電層107。通孔108可額外接觸金屬跡線106或PCB核心110的底側著陸墊118。

圖2係根據一實施例之製造圖1之光學封裝之方法的程序流程。圖3A至圖3F係根據一實施例之製造圖1之光學封裝之方法的示意剖面側視圖繪示。為了清楚及簡明起見，圖2及圖3A至圖3F的結構及程序流程在以下描述中一起描述。

在操作2010，將PCB核心110放置在載體基材200上。如圖3A所示，載體基材200可包括支撐基材202及黏著劑層204。接著在操作2020，將控制器晶片120及光學組件(例如，PD 130、發射器140)放置至PCB核心110中的腔115中，如圖3B所繪示。在一實施例中，腔115比控制器晶片120更深且光學組件係高的，使得存在間隙高度。

現參照圖3C，在操作2030，將控制器晶片120及光學組件囊封在PCB核心110中，例如，使用模製化合物150。在繪示於圖3C中的特定實施例 中，模製化合物150填充腔115內尚未由控制器晶片120及光學組件佔據的剩餘體積，且可額外地覆蓋包括將係底側著陸墊118者之PCB核心110的(此處理階段之)頂部表面。接著在操作2040，可將載體基材200移除以暴露在發射器140及PD 130之頂部電極142、132處的頂側著陸墊116、控制器晶片120接觸墊122。

接著在操作2050，形成前側佈線層160。如圖3E所繪示，前側佈線層160係RDL，其包括一或多條金屬跡線166、一或多個介電層164、通孔168、及接觸墊165。額外地將孔徑162形成在前側佈線層160中以暴露光學組件的頂部表面。

接著在操作2060，形成背側佈線層102。如圖3F所繪示，背側佈線層102係RDL，其包括一或多個介電層107、通孔108、及接觸墊109，及可選地包括一或多條金屬跡線106。如圖3D至圖3F所示，背側佈線層102可包括模製化合物150的一部分。因此，背側佈線層102的形成可包括形成通過來自操作2030之覆蓋PCB核心110之模製化合物150之既存部分的通孔108。亦可形成額外的介電層107。介電層107可由合適的材料形成，包括模製化合物150材料、聚合物、氧化物、氮化物等。接著將焊料凸塊170放置至接觸墊109上。

圖4A至圖4B係根據實施例之具有堆疊在控制器晶片120之上的光學組件之光學封裝100的示意剖面側視圖繪示。在各實施例中，光學封裝100包括在第一封裝級180之上的第一(下)封裝級180及第二(上)封裝級480。值得注意的是，在繪示於圖4A至圖4B中之實施例之各者中的第一封裝級180可類似於圖1之光學封裝100，其中圖4A至圖4B的第二封裝級係使用替代材料及程序形成。

在一實施例中，諸如繪示於圖4A至圖4B中者，光學封裝100包括第一封裝級180(其包括背側佈線層102，該背側佈線層包括頂側103及底側104)，及在背側佈線層102之頂側103上的控制器晶片120。第一封裝級180額外地在控制器晶片120之上的前側佈線層160，及在前側佈線層160與背側佈線層102之間延伸的第一複數個垂直通孔112。除了光學組件，第一封裝級180可實質類似於圖1之光學封裝100。

仍參照圖4A至圖4B，第二封裝級480可包括安裝在與前側佈線層160電接觸上的一或多個PD 130，及安裝在前側佈線層160上且與該前側佈線層電接觸的一或多個發射器140。將頂側佈線層460進一步定位在與一或多個PD 130及發射器140電接觸上，且第二複數個垂直通孔412在頂側佈線層460與前側佈線層160之間延伸。將孔徑162形成在各別發射器140及PD 130上方的頂側佈線層460內，類似於先前描述的孔徑162。

在繪示於圖4A至圖4B中之實施例的各者中，控制器晶片120面朝上地在背側佈線層102上。類似於圖1，在繪示於圖4A至圖4B中之實施例的各者中，第一封裝級180可包括在背側佈線層102之頂側103上的PCB核心110，其中PCB核心110包括第一複數個垂直通孔112及腔115，其中控制器晶片120面朝上地在腔115內。PCB核心410可包括頂側著陸墊416，及底側著陸墊418。

頂側佈線層460可係頂部重分布層(RDL)，該頂部重分布層可在逐層程序中形成在下伏結構上。例如，頂部RDL可包括一或多條金屬跡線466、一或多個介電層464、通孔468、及接觸墊465。接觸墊465形成在(且可直接在)PD 130的頂部電極132及發射器140的頂部電極142上。RDL可由合適的材料形成。例如，(多個)介電層464可由包括聚合物(例如，聚醯亞胺、 環氧樹脂、環氧樹脂摻合物等)的光可成像介電材料或無機材料(例如，氧化物、氮化物)形成，而金屬跡線466及通孔468可由合適的金屬(包括銅)形成。類似地，接觸墊465可由一或多種金屬(包括銅)形成。

參照圖4A，第二封裝級480可與第一封裝級180類似地形成。在一實施例中，第二封裝級480包括在前佈線層160上的第二PCB核心410。類似於PCB核心110，第二PCB核心410包括複數個垂直通孔412及複數個腔415，且各PD 130及發射器140係在各別腔415內。第二封裝級480可實質上與第一封裝級180分開製造，接著接合在一起。在一實施例中，將第二封裝級480混合接合至第一封裝級180。例如，此可在面板級發生。混合接合可包括在PCB核心410與前側佈線層160之間的複數個金屬-金屬接合。例如，金屬-金屬接合可形成在PCB核心410的底側著陸墊418或垂直通孔412及/或光學組件的底部電極144、134與前側佈線層160的金屬跡線166(包括接觸墊169)或通孔168之間。氧化物-氧化物接合可形成在PCB核心410的介電層164與PCB核心410的介電層之間，其可係本體414的表面層或部分。替代地，以複數個導電接點(諸如導電通過、導電膜、或焊料凸塊)將第二封裝級480混合接合至第一封裝級180。在一實施例中，使用焊料凸塊(未繪示)以接合PCB核心410的底側著陸墊418或垂直通孔412及前側佈線層160的金屬跡線166或通孔168。

參照圖4B，第二封裝級480可形成在第一封裝級180上，例如，使用第一封裝級180作為經重組之基材。在此一實施例中，可將PD 130、發射器140、及第二複數個垂直通孔412囊封在模製化合物490中。頂側佈線層460可與圖4A之頂側佈線層460類似地形成。

圖5A係根據實施例之製造圖4A至圖4B之光學封裝之方法的程序流程。在操作5010，形成包括囊封在PCB核心110中之控制器晶片120的第一封裝級180。除了光學組件，此程序流程可實質類似於相關於圖1至圖3F所繪示及描述者。接著取決於第二封裝級480的結構，製造序列可採取不同路徑。在一實施例中，在操作5020，將第二封裝級480接合至第一封裝級180上。例如，此可對應於繪示於圖4A中的實施例，其中第二封裝級480包括囊封在PCB核心410內的光學組件。在一實施例中，在操作5060，將第二封裝級480形成在第一封裝級180上。例如，此可對應於繪示於圖4B中的實施例，其中第二封裝級包括囊封在模製化合物490內的光學組件。在進一步變化中，此模製化合物可係雷射直接成型相容模製化合物。

現參照圖5B，提供根據一實施例之製造圖4A之光學封裝之方法的程序流程。在操作5022，將PCB核心410放置至載體基材上。在操作5024，將光學組件(例如，一或多個PD 130及一或多個發射器140)放置在PCB核心410中的腔415內。接著在操作5026，以模製化合物450將光學組件囊封在PCB核心410中。此時，在操作5028，可選地可形成頂側佈線層460，後續接著在操作5030，移除載體基材。接著在操作5032，可選地可將底側著陸墊418或額外佈線形成在移除載體基材後暴露的表面上。接著在操作5034，將第二封裝級480接合至第一封裝級180。例如，此可係與導電凸塊(諸如焊料凸塊)混合接合或接合。在一變化中，頂側佈線層460可在將第二封裝級480接合至第一封裝級180後形成。

圖5C係根據一實施例之製造圖4B之光學封裝之方法的程序流程。在操作5062，將光學組件(例如，一或多個PD 130及一或多個發射器 140)放置至第一封裝級180的前側佈線層160上。例如，光學組件可使用導電凸塊(諸如導電膜、膏、焊料凸塊等)接合。如所繪示者，底部電極144、134係接合至前側佈線層160的金屬跡線166(或接觸墊169)或通孔168。接著在操作5064，以模製化合物490將光學組件囊封在前側佈線層160上。在一些實施例中，模製化合物490可係不透明的，例如黑色。在一些實施例中，接著在操作5066，形成垂直通孔412，其中蝕刻模製化合物490，後續接著電鍍垂直通孔412。替代地，垂直通孔412可在以模製化合物490囊封前形成。例如，此可藉由以焊料將銅引腳電鍍或集體接合(gang bonding)至前側佈線層160。接著可在操作5068，將第二封裝級頂側佈線層460形成在模製化合物490及光學組件上，如先前所描述者。

如在各種實施例中描述者，模製化合物可用以將光學組件囊封在第二封裝級中。進一步地，雖然已將PCB核心110描述及繪示在至少第一封裝級中，但根據實施例此並非必須的，且控制器晶片可替代地與光學組件類似地以模製化合物囊封。在又另一變化中，用以囊封光學組件及/或控制器晶片的模製化合物可係雷射直接成型(LDS)相容材料。以此方式，LDS成型可用以形成通過模製化合物或在該模製化合物上的各種互連結構，包括垂直通孔及佈線層(包括接觸墊)。

根據實施例的LDS相容模製化合物可包括基質材料，及分散在基質材料中的LDS添加劑。例如，LDS添加劑可係非導電金屬有機化合物。此可包括各種金屬氧化物組成物，其可與基質材料(例如，樹脂)複合(錯合)。在一例示性實施例中，LDS添加劑係與基質材料錯合的經分散氧化錫組 成物。實施例不限於氧化錫，且可使用各種其他非導電金屬有機化合物，包括其他的複合金屬氧化物。

可將各種有機材料用於基質材料，其可取決於暴露溫度。低溫材料包括聚碳酸酯(PC)及丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)。可承受焊接溫度的中間溫度材料包括聚己內醯胺(PA6/6)及聚鄰苯二甲醯胺(PPA)。可實際承受任何焊接聚醚醚酮(PEEK)的較高溫材料。其他合適的材料可包括聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)、及液晶聚合物(LCP)。

所選擇的LDS添加劑及雷射參數使得在將雷射施加至模製化合物時，非導電金屬有機化合物中的元素金屬從該化合物斷開並形成成核粒子，而形成對應於雷射圖案的傳導路徑。然後可使用成核粒子作為用於後續無電電鍍程序的成核層，以完全形成互連結構。各種金屬層可以包括金、鎳、銀、鋅、錫等的無電電鍍程序形成。

圖6A係根據一實施例之包括堆疊在控制器晶片120之上的光學組件及第二封裝級雷射直接成型之光學封裝100的示意剖面側視圖繪示。繪示於圖6A中的實施例實質類似於相關於圖4B繪示及描述者，其中差異係模製化合物491係包括經分散非導電金屬有機化合物的LDS相容材料。在此一組態中，LDS可用以形成跡線佈線497以及垂直通孔493。替代地，跡線佈線497可與金屬跡線466類似地形成。在一實施例中，頂側佈線層460包括跡線佈線497，該跡線佈線包括在經分散非導電金屬有機化合物中之金屬的金屬粒子的成核層。類似地，垂直通孔493可包括在經分散非導電金屬有機化合物中之金屬的金屬粒子的成核層。跡線佈線497及垂直通孔493二者可額外包括電鍍在金 屬粒子之成核層之上的主體導電層(例如，銅)。跡線佈線497及垂直通孔493可以其他方式具有與金屬跡線466及垂直通孔412類似的佈局及連接。

簡要地參照圖6B，將例示性垂直通孔693繪示成形成在包括頂側602及底側604之LDS相容模製化合物600中。如圖所示，雷射圖案可用以沿著將變成垂直通孔693之模製化合物600的側壁形成金屬成核層610。額外地，成核層612、614可形成在模製化合物的頂側及底側上，以支撐額外的電氣佈線層。在所繪示的實施例中，垂直通孔693係以電鍍金屬620填充。同樣地，在一些實施例中，電鍍金屬可形成在成核層612、614(其形成在模製化合物之頂側及底側上)上，以形成跡線佈線或著陸/接觸墊。繪示於圖6B中的例示性垂直通孔693及成核層意欲作為LDS相容模製化合物600之雷射圖案化的例示性說明，並可在本文描述之使用此一材料的各種實施例中實施。

在繪示於圖6A中的特定實施例中，第一封裝級180包括在背側佈線層102之頂側上的PCB核心110，及面朝上地在PCB核心110中的腔115內的控制器晶片120。將PD 130、發射器140、及第二複數個垂直通孔493囊封在第二級模製化合物491中，該第二級模製化合物係包括經分散非導電金屬有機化合物的LDS相容材料。頂側佈線層460包括跡線佈線497，該跡線佈線可選地包括在經分散非導電金屬有機化合物中之金屬的金屬粒子的成核層。第二複數個垂直通孔493可類似地以金屬粒子的成核層形成。

圖7係根據一實施例之製造圖6A之光學封裝之方法的程序流程。在操作7010，形成包括囊封在PCB核心110中之控制器晶片120的第一封裝級180，如先前描述者。在操作7020，將光學組件(PD及發射器)放置在第一封裝級180的前側佈線層160上。例如，前側佈線層160可係RDL。接著在操作 7030，以LDS相容模製化合物491囊封光學組件。在一實施例中，接著在操作7040，將垂直通孔493形成在模製化合物491中。垂直通孔493的形成可包括將雷射引導在模製化合物491處以形成金屬粒子的成核層，隨後接著係用於在成核層之上形成垂直通孔493之主體金屬層的無電電鍍操作。然後在操作7050，將頂側佈線層(例如，跡線佈線497)形成在模製化合物491上。例如，頂側佈線層(例如，跡線佈線497)亦可藉由將雷射圖案施加至模製化合物491的表面，隨後接著將主體金屬層圖案電鍍在金屬粒子的成核層上而形成。替代地，頂側佈線層(例如，跡線佈線497)可與金屬跡線466類似地形成。

現參照圖8，提供根據一實施例之以第一及第二封裝級LDS之包括堆疊在控制器晶片之上的光學組件之光學封裝100的剖面側視圖繪示。繪示於圖8中的實施例與繪示於圖6A中的實施例在數個方面上不同。值得注意地，第一封裝級180係以LDS相容模製化合物411形成。額外地，所使用的處理序列導致面朝下地在背側佈線層102上的控制器晶片120，該背側佈線層可選地可係印刷電路板(PCB)。在所繪示的實施例中，控制器晶片120係囊封在LDS相容模製化合物411中。前側佈線層160可額外包括跡線佈線467，該跡線佈線包括在LDS相容模製化合物411中之經分散非導電金屬有機化合物中之金屬之金屬粒子的成核層。同樣地，垂直通孔413可類似地形成。

圖9係根據一實施例之製造圖8之光學封裝之方法的程序流程。圖10A至圖10F係根據一實施例之製造圖8之光學封裝之方法的示意剖面側視圖繪示。為了清楚及簡明起見，圖9及圖10A至圖10F的結構及程序流程在以下描述中一起描述。在操作9010，控制器晶片120可安裝在背側佈線層102上，該背側佈線層在一實施例中可係PCB。如圖10A所示，控制器晶片120可面朝下地安 裝，其中接觸墊122接合至背側佈線層102(或PCB)的著陸墊105或通孔107。在一實施例中，藉由導電膜、導電膏、或焊料凸塊促進接合。接著在操作9020，以LDS相容模製化合物411囊封控制器晶片。

現參照圖10B，在操作9030，將垂直通孔413形成在模製化合物內，且在操作9040，將前側佈線層160形成在模製化合物上。垂直通孔413可與著陸墊105產生接觸。前側佈線層160可包括使用LDS形成的單層跡線佈線467，雖然可選地可包括額外的介電層及金屬佈線層。替代地，垂直通孔413可在以模製化合物411囊封前形成。例如，此可藉由以焊料將銅引腳電鍍或集體接合至背側佈線層102。

接著在操作9050，將包括PD 130及發射器140的光學組件放置至前側佈線層160上，如圖10C所繪示者。在一實施例中，此可使用導電膜、導電膏、或焊料接合完成，使得底部電極144、134接合至跡線佈線467並與該跡線佈線電連接。

接著在操作9060，可以第二LDS相容模製化合物491囊封光學組件，如圖10D所繪示者。現參照圖10E，在操作9070，將垂直通孔493形成在模製化合物491內，且在操作9080，將頂側佈線層460形成在模製化合物491上。垂直通孔493可與跡線佈線467產生接觸。頂側佈線層460可選地可包括使用LDS形成的單層跡線佈線497，雖然可使用替代技術來可選地包括或形成額外的介電層及金屬佈線層。額外地，孔徑162係以頂側佈線層460形成以暴露光學組件的頂部表面。如所繪示者，跡線佈線497可形成在與光學組件之頂部電極132、142電接觸上。接著可將焊料凸塊170放置在接觸墊109上(如圖10F所繪示)，以用於光學封裝100的進一步系統整合。

圖11係根據一實施例之以第一及第二封裝級雷射直接成型之包括堆疊在控制器晶片120之上的光學組件之光學封裝100的另一變化的示意剖面側視圖繪示。圖11實質類似於圖8者，其中一個差異係製造方法可係無基材的，且背側佈線層102可由RDL而非PCB替代。圖12係根據一實施例之製造圖11之光學封裝之方法的程序流程。圖13A至圖13H係根據一實施例之製造圖11之光學封裝之方法的示意剖面側視圖繪示。為了清楚及簡明起見，圖11的結構及圖12與圖13A至圖13H的程序流程在以下描述中一起描述。在操作1210，將控制器晶片120放置在載體基材200上。如圖13A所繪示者，可將控制器晶片面朝下地放置在載體基材上，隨後接著在操作1220，以LDS相容模製化合物411囊封。

現參照圖13B，在操作1230，將垂直通孔413形成在模製化合物411內，且在操作1240，將前側佈線層160形成在模製化合物411上。前側佈線層160可包括使用LDS形成的單層跡線佈線467，雖然可選地可包括額外的介電層及金屬佈線層。接著在操作1250，將包括PD 130及發射器140的光學組件放置至前側佈線層160上，如圖13C所繪示者。在一實施例中，此可使用導電膜、導電膏、或焊料接合完成，使得底部電極144、134接合至跡線佈線467並與該跡線佈線電連接。

接著在操作1260，可以第二LDS相容模製化合物491囊封光學組件，如圖13D所繪示者。現參照圖13E至圖13F，在操作1270，移除載體基材，隨後接著在操作1280，形成可係RDL的背側佈線層102。如圖所示，背側佈線層102可包括介電層107、及複數個貫穿通孔108、及接觸墊109。在一實施例中，介電層107係光可成像聚合物，且可係模製化合物材料。

現參照圖13G，在操作1290，將垂直通孔493形成在模製化合物491內，且在操作1292，將頂側佈線層460形成在模製化合物491上。頂側佈線層460可包括使用LDS形成的單層跡線佈線497，雖然可選地可包括額外的介電層及金屬佈線層。額外地，孔徑162係以頂側佈線層460形成以暴露光學組件的頂部表面。如所繪示者，跡線佈線497可形成在與光學組件之頂部電極132、142電接觸上。接著可將焊料凸塊170放置在接觸墊109上(如圖13H所繪示)，以用於光學封裝100的進一步系統整合。

圖14係根據一實施例之以第一及第二封裝級雷射直接成型之包括堆疊在控制器晶片之上的光學組件之光學封裝的示意剖面側視圖繪示。圖14的光學封裝100可類似於包括LDS的其他光學封裝，其中一個差異係繪示於圖14中的光學封裝100可使用最後整合控制器晶片120的無基材封裝方法製造。圖15係根據一實施例之製造圖14之光學封裝之方法的程序流程。圖16A至圖16H係根據一實施例之製造圖14之光學封裝之方法的示意剖面側視圖繪示。為了清楚及簡明起見，圖14的結構及圖15與圖16A至圖16H的程序流程在以下描述中一起描述。

在操作1510，將光學組件放置在載體基材200上。如圖16A所繪示者，光學組件可以頂部電極142、132面朝下地放置在載體基材上，隨後接著在操作1520，以LDS相容模製化合物491囊封。現參照圖16B，在操作1530，將垂直通孔413形成在模製化合物491內，且在操作1540，將前側佈線層160形成在模製化合物491上。如圖16C所繪示者，前側佈線層160可係如先前描述地包括一或多個介電層及金屬佈線層的RDL，並可包括直接形成在光學組件之底部電極144、134上的金屬佈線層。接著在操作1550，將控制器晶片120面朝下地 放置至前側佈線層160上，如圖16D所繪示者。在一實施例中，此可使用導電膜、導電膏、或使用如所繪示的焊料凸塊270完成。接著在操作1560，可以第二LDS相容模製化合物411囊封控制器晶片120，如圖16E所繪示者。現參照圖16F，在操作1570，將垂直通孔413形成在模製化合物411內，並將背側佈線層102形成在模製化合物411上。背側佈線層102可包括使用LDS形成的單層跡線佈線，並可包括接觸墊109，雖然可選地可包括額外的介電層及金屬佈線層。

現參照圖16G至圖16H，在操作1580，移除載體基材200，隨後接著在操作1590，形成可係RDL的頂側佈線層460。如圖所示，孔徑162係以頂側佈線層460形成以暴露光學組件的頂部表面。如所繪示者，跡線佈線497可形成在與光學組件之頂部電極132、142電接觸上。接著可將焊料凸塊170放置在接觸墊109上，以用於光學封裝100的進一步系統整合。

圖17係根據一實施例之包括堆疊在控制器晶片之上的光學組件及線接合之光學封裝100的示意剖面側視圖繪示。圖18係根據一實施例之製造圖17之光學封裝之方法的程序流程。在所繪示的實施例中，光學封裝可包括可係PCB的背側佈線層102。背側佈線層102包括包括頂側103及底側104。在操作1810，將控制器晶片120面朝下地安裝在背側佈線層102上。例如，此可使用焊料凸塊510接合至著陸墊105上完成。在操作1820，將一或多個光偵測器130及發射器140附接至控制器晶片120，且在操作1830，使用接合至背側佈線層102的導線502線接合。如圖所示，使用導線502將頂部電極142、132接合至著陸墊105。底部電極144、134可接合至形成在控制器晶片120之上的跡線504。跡線504繼而以導線502線接合至著陸墊105。在操作1840，將經線接合的控制器晶片及光學組件包封。例如，此可藉由將金屬蓋安裝至背側佈線層102上或以模 製化合物500而完成。圖17繪示用以將控制器晶片120、PD 130、及發射器140囊封在背側佈線層102上的模製化合物500。孔徑162可額外地形成在光學組件的頂部表面上方，如先前所描述者。在一實施例中，模製化合物500係不透明的(例如，黑色模具)。替代地，金屬蓋可與類似地定位的孔徑一起使用。例如，例示性蓋(未顯示)可具有對應於所繪示之模製化合物500之外輪廓的形狀。

圖19係根據一實施例之包括堆疊在控制器晶片120之上的光學組件及線接合之光學封裝100的示意剖面側視圖繪示。尤其是，圖19之實施例結合先前實施例的第一封裝級180的某些態樣與光學組件的線接合。在一實施例中，光學封裝100包括背側佈線層102(其包括頂側103及底側104)，及在背側佈線層102之頂側上的PCB核心110。PCB核心110包括複數個垂直通孔112及腔115。控制器晶片120在腔115內係面朝上的，且模製化合物150將控制器晶片120囊封在腔115內。前側佈線層160係在控制器晶片120、模製化合物150、及PCB核心110之上。例如，前側佈線層160可係RDL，如先前所描述者。一或多個PD 130及發射器140係安裝在前側佈線層160的頂側上。

在一實施例中，PD 130包括直接在前側佈線層160之第一接觸墊169上方的底部電極134及線接合至前側佈線層160之第二接觸墊169的頂部電極132。一或多個發射器140頂部及底部電極142、144可類似地連接。在所繪示的實施例中，將PD 130(及對應導線502)囊封在第一透明模製化合物600中，並將發射器140(及對應導線502)囊封在與第一透明模製化合物分開的第二透明模製化合物600中。

光學組件可使用不同的技術(諸如金屬蓋或模製化合物)包封。在所繪示的實施例中，不透明模製化合物將經預模製的PD 130及發射器 140(包括透明模製化合物600)囊封在前側佈線層160上並圍繞該經預模製的PD及發射器。孔徑162可如先前描述地形成。在一實施例中，為了選擇透射通過孔徑162之光的波長，可將濾波器層601(諸如帶通濾波器)形成在孔徑162下方。替代地，可使用具有相似孔徑的金屬蓋取代模製化合物605。

類似於先前描述的實施例，可將複數個焊料凸塊170放置在背側佈線層102的底側104上以用於額外整合。額外地，PCB核心110可包括層壓體本體114。前側佈線層160可係RDL，其包括一或多個金屬跡線166及介電層164。背側佈線層102可額外係RDL，並可選地可包括模製化合物150的一部分及延伸通過模製化合物150的複數個貫穿通孔108。圖19的光學封裝100可共用先前描述之其他光學封裝的額外特徵。

圖20係根據一實施例之製造圖19之光學封裝之方法的程序流程。除了光學組件，相關於第一封裝級180之形成的操作2010至2035可實質類似於相關於圖2描述的操作2010至2060。在操作2010，將PCB核心110放置至載體基材200上。在操作2015，將控制器晶片120放置至PCB核心110內的腔115中，且在操作2020，囊封該控制器晶片。接著在操作2025，可移除載體基材200，隨後接著在操作2030，形成前側佈線層160，且在操作2035，形成背側佈線層102。

接著在操作2040，將包括一或多個PD 130及發射器140的光學組件放置在前側佈線層160上，且在操作2045，線接合至前側佈線層160。接著在操作2050，將光學組件之各者囊封在透明模製化合物600內，隨後接著在操作2055，藉由例如附接蓋或以不透明模製化合物605模製而包封經模製光學組件。

圖21A至圖23繪示可於其中實施各種實施例的各種可攜式電子裝置。圖21A至圖21B係根據一實施例之耳塞式耳機的示意側視圖繪示，該實施例包括殼體2102及本文描述之光學封裝100的孔徑162可與其對準的一或多個開口2110。圖22係根據一實施例之耳機的示意側視圖繪示，該實施例包括殼體2202，該殼體包括本文描述之光學封裝100的孔徑162可與其對準的開口2210。圖23係根據一實施例之行動電話的示意側視圖繪示，該實施例包括殼體2302，該殼體包括本文描述之光學封裝100的孔徑162可與其對準的開口2310。此等繪示意欲係例示性且非窮舉的實施方案。

在使用實施例的各種態樣的過程中，所屬技術領域中具有通常知識者將明白上述實施例的組合或變化對於形成光學封裝係可行的。雖然已經以結構特徵及/或方法動作之特定語言敘述實施例，應了解附加的申請專利範圍不必受限於所述的特定特徵或行為。替代地，所揭示之特定的特徵及動作應理解為可用於說明之申請專利範圍的實施例。

100:光學封裝

102:背側佈線層

103:頂側

104:底側

107:介電層/通孔

108:通孔

110:印刷電路板核心/PCB核心

112:垂直通孔

114:層壓體本體

115:腔

120:控制器晶片

130:光偵測器/PD

132:頂部電極

134:底部電極

140:發射器

142:頂部電極

144:底部電極

150:模製化合物

160:前側佈線層/前佈線層

162:孔徑

164:介電層

166:金屬跡線

169:接觸墊

170:焊料凸塊

180:封裝級

502:導線

600:LDS相容模製化合物

601:濾波器層

605:模製化合物

Claims (16)

1. 一種光學封裝，其包含：一背側佈線層，其包括一頂側及底側；一層壓體本體印刷電路板(PCB)核心，其在該背側佈線層的該頂側上，該PCB核心包括複數個垂直通孔及一腔；一控制器晶片，其面朝上地在該腔內；一模製化合物，其將該控制器晶片囊封在該腔內；一前側佈線層，其在該控制器晶片、該模製化合物、及該PCB核心之上；及一光偵測器(PD)，其安裝在該前側佈線層的一頂側上。
2. 如請求項1之光學封裝，其進一步包含安裝在該前側佈線層的該頂側上的一發射器。
3. 如請求項2之光學封裝，其中該PD包括直接在該前側佈線層的一第一接觸墊上方的一底部電極、及線接合至該前側佈線層的一第二接觸墊的一頂部電極。
4. 如請求項2之光學封裝，其中該PD係囊封在一第一透明模製化合物中，且該發射器係囊封在與該第一透明模製化合物分開的一第二透明模製化合物中。
5. 如請求項4之光學封裝，其進一步包含在該前側佈線層上且圍繞該PD及該發射器的一金屬蓋。
6. 如請求項4之光學封裝，其進一步包含在該前側佈線層上且圍繞該PD及該發射器的一不透明模製化合物。
7. 如請求項2之光學封裝，其進一步包含在該背側佈線層的該底側上的複數個焊料凸塊。
8. 如請求項1之光學封裝，其中該前側佈線層係包含一或多條金屬跡線及一或多個介電層的一前重分布層(RDL)。
9. 如請求項1之光學封裝，其中該背側佈線層係包含該模製化合物及通過該模製化合物的複數個貫穿通孔的一重分布層(RDL)。
10. 一種光學封裝，其包含：一背側佈線層，其包括一頂側及底側；一層壓體本體印刷電路板(PCB)核心，其在該背側佈線層的該頂側上，該PCB核心包括複數個垂直通孔及複數個腔；一控制器晶片，其面朝上地在該複數個腔的一第一腔內；一光偵測器(PD)，其在該複數個腔的一第二腔內；一模製化合物，其將該控制器晶片囊封在該第一腔內並將該PD囊封在該第二腔內；一前側佈線層，其在該控制器晶片、該模製化合物、該PCB核心之上；及一孔徑，其在該PD上方的該前側佈線層內。
11. 如請求項10之光學封裝，其進一步包含在該複數個腔的一第三腔內的一發射器、及在該發射器上方的該前側佈線層內的一第二孔徑。
12. 如請求項11之光學封裝，其進一步包含在該背側佈線層的該底側上的複數個焊料凸塊。
13. 如請求項11之光學封裝，其中該前側佈線層包括在該PD的一頂部電極上的一第一接觸墊，且該PD包含電連接至該背側佈線層的一底部電極。
14. 如請求項13之光學封裝，其進一步包含延伸通過該模製化合物的一部分以將該PD的該底部電極電連接至該背側佈線層的一通孔。
15. 如請求項10之光學封裝，其中該前側佈線層係包含一或多條金屬跡線及一或多個介電層的一前重分布層(RDL)。
16. 如請求項10之光學封裝，其中該背側佈線層係包含該模製化合物及通過該模製化合物的複數個貫穿通孔的一重分布層(RDL)。

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