包括电子芯片、光学元件及基板的组件的集成电路及对应的制造方法

优先权要求

本申请要求于2022年11月18日提交的法国专利申请No.2212007的优先权权益，该法国专利申请的内容在法律允许的最大范围内通过引用整体并入本文。

技术领域

实施例和实施方式涉及电子领域，并且特别地涉及集成电路的封装领域，例如用在诸如图像传感器之类的光电设备中的集成电路的封装领域。

背景技术

光电设备，也称为光学设备，是能够接收或发送诸如例如可见光或红外光谱中的光辐射之类的光学信号的电子设备。

这种类型的集成电路通常包括封装中的光学元件和电子集成电路芯片的组件。

光学元件允许对穿过其并由电子芯片使用的光学信号执行一种或多种光学功能，诸如偏振、滤波或透镜效应。

电子芯片允许例如将光学信号转换成电信号或者将电信号转换成光学信号。

用于光学设备的封装通常包括其上搁置电子芯片的基板和设有光学元件的盖。盖通常用作光学元件的支撑件。以这种方式，光学元件定位成与电子芯片的光学部件相对，光学部件通常位于保护电子芯片的腔体中，该腔体形成在盖中并由光学元件封闭。

此外，接合线通常用于将电子芯片电连接到基板。这些接合线通常在电子芯片上方延伸，使得腔体的体积旨在容纳它们。

因此，相对大体积的空气可能被困在由集成电路的盖形成的腔体中，并且在温度升高期间可能因所困空气的膨胀而生成压力，这可能损坏壳体，例如导致光学元件与盖的其余部分分离，或者盖与支撑基板分离。

因此，需要提出一种解决方案，该解决方案允许限制甚至防止与壳体中的空气膨胀相关的问题，以避免损坏集成电路壳体。

发明内容

根据一个方面，提出了一种集成电路，该集成电路包括电子芯片、光学元件和支撑基板的组件，其中：支撑基板包括安装面并具有容纳电子芯片的开口；光学元件包括连接到支撑基板的安装面的连接面并且被定位成与所述开口相对；并且电子芯片连接到光学元件的连接面，使得电子芯片容纳在支撑基板的所述开口中。

因此，一方面，提出了以与本领域中称为“倒装芯片”朝向的安装技术对应的配置将电子芯片安装在光学元件的一个面上，并且另一方面，提出了用支撑基板来安装电子芯片和光学元件的安装件。由于基板中存在可以容纳芯片的开口以及光学元件的连接面与芯片和基板的连接，这种组件尤其是可能的。

电子芯片与光学元件的特定布置形成其高度非常小的腔体。

因此，腔体的小体积中的空气膨胀生成的力更小，并且使集成电路劣化的风险更小。

此外，该特定布置还允许使用更小维度的光学元件并限制在根据该方面的盒子的制造期间所使用的材料的量。因此，可以降低制造成本并且可以获得更紧凑的壳体。

根据一个实施例，支撑基板包括互连网络，并且光学元件的连接面包括被配置为将电子芯片与互连网络电耦合的导电连接。

导电连接允许例如在电子芯片与基板之间形成导电桥。

根据一个实施例，光学元件的连接面包括与电子芯片的互补焊料元件焊接的第一焊料元件、与支撑基板的安装面的互补焊料元件焊接的第二焊料元件以及将第一焊料元件与相应的第二焊料元件电连接的金属迹线。

第一焊料元件和第二焊料元件允许通过焊接材料(通常是金属)在芯片与互连网络之间产生导电桥以及确保机械连接。

根据一个实施例，所述第一焊料元件和所述第二焊料元件可以是以下类型：焊接到互补焊料表面的突出焊料凸块、柱或球；和/或焊接到互补的突出焊料凸块、柱或球的焊料表面。

根据一个实施例，集成电路包括一定体积的底部填充树脂，该底部填充树脂被布置为将电子芯片、光学元件和基板载体机械地固定在一起。

可替代地，根据一个实施例，集成电路包括模制封装壳体的一定体积的模制树脂，该模制树脂被布置为将电子芯片、光学元件和支撑基板机械地固定在一起。

根据一个实施例，光学元件的连接面包括第一焊料元件与电子芯片的互补焊料元件的焊接组件的布置，使得所述焊接组件通过间隙逐个间隔开，并且形成界定芯片的外围区域和内部区域的框架；并且所述一定体积的树脂部署在位于光学元件与支撑基板之间以及在芯片的所述外围区域中但不在内部区域中在电子芯片与光学元件之间的空间中。

根据一个实施例，芯片包括与光学元件相对的光学部件，诸如传感器或发送器，并且其中光学元件被配置为与光学部件协作，对来自光学部件的光学信号产生影响。

事实上，光学元件可以具有赋予其光学功能的光学性质，诸如偏振、滤波、透镜效应等。

根据另一个方面，提出了一种用于制造集成电路的方法，包括：供应电子芯片；供应支撑基板，该支撑基板包括安装面并设有能够容纳电子芯片的开口；以及供应包括连接面的光学元件。

该方法包括组装电子芯片、光学元件和支撑基板，包括：安装连接到光学元件的连接面的电子芯片，以及通过将连接面定位成与所述开口相对使得电子芯片容纳在所述开口中来安装连接到支撑基板的安装面的光学元件的连接面。

根据一种实施方式，支撑基板包括互连网络，其中安装电子芯片和连接面的步骤包括将电子芯片与互连网络电耦合。

根据一种实施方式，安装电子芯片包括将光学元件的连接面的第一焊料元件与电子芯片的互补焊料元件焊接，并且安装连接面包括将光学元件的连接面的第二焊料元件与支撑基板的安装面的互补焊料元件焊接。

根据一种实施方式，所述第一焊料元件和所述第二焊料元件可以是以下类型：能够与互补焊料表面焊接的突出焊料凸块、柱或球；和/或能够与互补的突出焊料凸块、柱或球焊接的焊料表面。

根据一种实施方式，组装电子芯片、光学元件和支撑基板包括：沉积底部填充树脂，该底部填充树脂被配置为将电子芯片、光学元件和支撑基板机械地固定在一起。

根据一种实施方式，组装电子芯片、光学元件和支撑基板包括：模制封装壳体，包括注射模制树脂，所述模制树脂被配置为将电子芯片、光学元件和支撑基板机械地固定在一起。

根据一种实施方式，树脂被配置为：在光学元件与支撑基板之间扩散；以及在芯片的外围区域中局部地在光学元件与电子芯片之间并且不在芯片的内部区域中的光学元件与电子芯片之间扩散。

根据一种实施方式，安装电子芯片包括：布置第一焊料元件与电子芯片的互补焊料元件的焊接组件，使得所述焊接组件通过间隙逐个间隔开，并且形成界定芯片的所述外围区域和所述内部区域的框架；并且所述树脂具有足够的流动性以扩散到位于光学元件与支撑基板之间以及电子芯片与光学元件之间的空间中，并且具有足够的粘性以不渗入到每个所述焊接组件之间的间隙中。

根据一种实施方式，安装连接到光学元件的安装面的电子芯片被执行使得芯片的诸如传感器或发送器之类的光学部件与光学元件相对，该光学元件被配置为与光学部件协作，对来自光学部件的光学信号产生影响。

附图说明

本发明的其它优点和特征将通过研究非限制性实施例和实施方式的详细描述以及附图而清楚，在附图中：

图1示意性地图示了集成电路的截面图；

图2图示了与图1相关的集成电路的截面图和顶视图；

图3图示了集成电路的变型；以及

图4至图10图示了用于制造图1和图2的集成电路的方法的步骤。

具体实施方式

图1示意性地图示了根据本发明的一个实施例的集成电路IC的截面图。集成电路IC包括电子集成芯片CHP(例如，光学IC包括光传感器和/或发射器以及支持电路系统)、光学元件OPT和支撑基板SUB的组件。

支撑基板SUB包括安装面FM和互连网络INTCNX，该互连网络INTCNX被配置为支持例如部署在安装面FM上的焊盘电连接到位于与安装面FM相对的面上的连接凸块BP或球栅阵列“BGA”类型的焊球。互连网络INTCCX包括通常由铜(Cu)制成的导电迹线，该导电迹线集成到一层或多层电介质材料中，诸如与支撑基板SUB的玻璃纤维混合的树脂中。

基板SUB还具有(贯通)开口APT，该开口APT尺寸和形状被设计为容纳电子芯片CHP。开口APT具有被配置为完全容纳电子芯片CHP的维度。但是，当电子芯片CHP的厚度大于支撑基板SUB的厚度时，那么芯片的一部分可以延伸到基板SUB的底表面下方或顶表面上方。

电子芯片CHP包括正面F_SNSR，并且特别地，包括其正面F_SNSR上的光学部件。光学部件可以是接收器，诸如像素阵列，其能够感测源自电路IC外部的光辐射，或者是发送器，诸如激光器，其能够向电路IC的外部发送光辐射。

光学元件OPT具有例如玻璃板的形状，并且被配置为对穿过其中的光学信号产生光学效应，诸如偏振、滤波或透镜效应中的一种或多种。光学元件OPT包括连接面F_CNX，该连接面F_CNX连接到支撑基板SUB的安装面FM并且定位成与开口APT相对。

电子芯片CHP连接到光学元件OPT的连接面F_CNX以容纳在支撑基板SUB的开口APT中。更具体而言，芯片CHP的正面F_SNSR固定到光学元件OPT的连接面F_CNX，使得芯片CHP的光学部件位于与光学元件OPT相对。因此，光学元件OPT可以对光辐射产生前述效应之一，该光辐射或者在光学部件是发送器的情况下源自光学部件，或者在光学部件是接收器的情况下源自集成电路IC的外部。

此外，光学元件OPT的连接面F_CNX包括被配置为将电子芯片CHP与互连网络INTCNX电耦合的导电连接。导电连接包括例如通过金属迹线RDL电连接在一起的第一焊料元件CP1和第二焊料元件CP2。

第一焊料元件CP1与电子芯片CHP的互补焊料元件焊接，并且第二焊料元件CP2与支撑基板SUB的安装面FM的互补焊料元件焊接。

然后，导电连接允许在电子芯片CHP与支撑基板SUB之间形成导电桥。

在特定示例中，第一焊料元件CP1可以是突出的焊料柱(本领域技术人员已知术语“铜柱”)或者可能是焊球，并且被焊接到设在芯片CHP的正面F_SNSR上的互补的焊料表面，诸如焊盘。

在另一个特定示例中，电子芯片CHP的正面F_SNSR可以设有“互补”焊料凸块、柱或球，并且在这种情况下，第一焊料元件CP1是设在光学元件OPT的连接面F_CNX上的焊料表面(例如，焊盘)，其上可以焊接电子芯片CHP的互补焊料凸块、柱或球。

类似地，第二焊料元件CP2可以是突出的焊料凸块或柱或者可能是焊球，其与属于支撑基板SUB的安装面FM的互补焊料表面PAD(例如，焊盘)焊接。互补焊料表面PAD可以对应于通过先前描述的互连网络INTCNX电连接到连接凸块BP的焊盘。

在另一个特定示例中，基板SUB的安装面FM可以设有凸块、柱或焊球，并且在这种情况下，第二焊料元件CP2是设在光学元件OPT的连接面F_CNX上的焊料表面(例如，焊盘)，其上可以焊接安装面FM的互补焊料凸块、柱或球。

被称为再分布层(RDL)的金属迹线将第一焊料元件CP1中的每一个与第二焊料元件CP2中的相应一个电连接，从而在芯片CHP与互连网络INTCNX之间产生导电桥。

另外，在导电桥的产生中焊接的材料(通常为金属)进一步允许确保芯片CHP、光学元件OPT和基板SUB之间的机械固定。

因此，一方面，提出了以与本领域中称为“倒装芯片”安装技术的安装技术对应的

此外，该特定布置还允许使用小的光学元件OPT并限制在制造根据该方面的集成电路IC的壳体期间所使用的材料量。例如，光学元件OPT可以是刚好足够大以固定至开口APT周围的基板SUB的玻璃板。因此，可以降低制造成本并且可以获得更紧凑的壳体。

集成电路IC还包括封装壳体的一定体积的模制树脂MLD。这种模制树脂MLD是本领域技术人员已知的。该一定体积的模制树脂MLD特别地包括部署在光学元件OPT周围的基板的安装面FM上的树脂的一部分。封装壳体的该一定体积的树脂MLD的这部分的厚度可以大于或等于光学元件OPT的厚度，以保护光学元件OPT。

此外，集成电路IC有利地包括本领域技术人员已知的一定体积的底部填充树脂UFLL。该一定体积的底部填充树脂UFLL被布置为将电子芯片CHP、光学元件OPT和支撑基板SUB机械地固定在一起。特别地，该一定体积的树脂UFLL在电子芯片CHP与基板SUB之间以及在光学元件OPT与基板SUB之间延伸。

在下面关于图3描述的替代方案中，电子芯片CHP、光学元件OPT和基板SUB可以在封装壳体的形成期间通过一定体积的模制树脂MLD机械地固定在一起。

图2图示了先前描述的与图1相关的集成电路IC在图1的平面I-I中的截面图和顶视图。

更特别地，图2图示了电子芯片CHP设有焊球CHP_BP并且第一焊料元件CP1是光学元件OPT的连接面F_CNX上的焊盘的情况。

芯片CHP的焊球CHP_BP部署在芯片CHP的正面F_SNSR上，以绘制界定外围区域和内部区域的框架。焊球CHP_BP间隔开小于或等于例如60μm的间隙D2。

焊球CHP_BP被焊接到连接面F_CNX的焊盘CP1并且与其形成焊接组件。

因此，焊盘CP1与焊球CHP_BP的焊接组件以所述间隙D2逐个间隔开地再现由焊球CHP_BP绘制的框架。

但是，从功能角度来看，芯片CHP可能不需要形成通过逐个间隔开恒定间隙D2来绘制所述框架的焊球CHP_BP。事实上，芯片可能需要更少的焊球来执行其功能。

在这种情况下，有利的是形成附加焊球，这些焊球在芯片的操作中没有作用，但是布置这些焊球是为了沿着界定外围区域和内部区域的框架维持球与球之间的恒定间隙D2。

从更一般的角度来看，在光学元件OPT的连接面F_CNX上以及在芯片CHP上有利地提供第一焊料元件CP1与互补焊料元件的焊接组件的有利布置。通过形成界定芯片CHP的外围区域和内部区域的框架，进行有利的布置，使得所述焊接组件被间隙D2逐个间隔开。有利的布置可以包括附加的焊接组件，该附加的焊接组件在芯片的操作中没有作用，但是布置它们是为了沿着框架逐步维持间隙D2。

特别地，电子芯片CHP的正面F_SNSR的内部区域容纳光学部件，而不是外围区域。

此外，一定体积的树脂UFLL可以在外围区域中在电子芯片CHP与光学元件OPT之间延伸。

但是，树脂UFLL不延伸超出芯片CHP的内部区域CAV中的第一焊料元件CP1。事实上，树脂UFLL在聚合之前具有防止树脂UFLL在由间隙D2间隔开的焊接组件之间渗入的粘度，如下面将结合图10所描述的。换句话说，电子芯片CHP的正面F_SNSR的内部区域不包含任何底部填充树脂UFLL，因为在聚合之前树脂UFLL的进入被框架阻止。

特别地，腔体CAV对应于由芯片CHP的面F_SNSR、光学元件OPT的连接面F_CNX以及由第一焊料元件CP1与芯片CHP的互补焊料元件CHP_BP的焊接组件形成的框架界定的体积。在这个示例中，焊接组件对应于芯片CHP的焊球CHP_BP，其被焊接到光学元件OPT的连接面F_CNX的所述焊料元件CP1的焊盘。

特别地，腔体CAV的高度D1可以包括在例如30μm与100μm之间，并且可以由第一焊料元件CP1与互补焊料元件CHP_BP的焊接组件的高度来限定。这使得腔体体积相对于其中芯片通过电线连接到基板的常规集成电路的腔体体积而言非常小。

因此，由包含在小体积的腔体中的空气膨胀所生成的力较小，并且降低了使集成电路IC劣化的风险。

图3图示了先前描述的与图1和图2相关的集成电路IC的变型，其中电路IC包括用于产生有利的封装壳体的模制件的模制树脂MLD。

封装壳体的一定体积的模制树脂MLD包括位于芯片CHP的外围区域(也就是说在腔体外部)中在电子芯片CHP与光学元件OPT之间的模制树脂的一部分。该一定体积的树脂MLD还包括位于光学元件OPT与支撑基板SUB之间的树脂的一部分以及位于电子芯片CHP与支撑基板SUB之间的树脂的一部分。封装壳体的该一定体积的树脂MLD的这些树脂部分可以与部署在基板SUB的安装面FM上的树脂部分形成模制树脂的均匀组件。以这种方式，用于模制集成电路IC的封装壳体的该一定体积的树脂MLD被布置为将电子芯片CHP、光学元件OPT和支撑基板SUB机械地固定在一起。

封装壳体的该一定体积的模制树脂MLD还可以包括被配置为部分地包封电子芯片CHP以便保护开口APT中的芯片CHP的暴露面、也就是说与正面F_SNSR相对的面的附加树脂部分。

图4至图10图示了用于制造先前关于图1和图2描述的集成电路IC的方法的步骤。

图4图示了提供支撑基板SUB的步骤100和用模制树脂MLD预模制封装壳体的可选步骤。所供应的支撑基板SUB包括互连网络INTCNX和安装面FM，安装面上可以形成电连接到互连网络INTCNX的焊盘。在步骤100中，在基板SUB中形成例如完全延伸穿过基板SUB的厚度的开口APT，该开口APT的尺寸和形状被设计为能够容纳将与基板SUB组装的电子芯片CHP。

图5图示了供应光学元件OPT的步骤101。特别地，步骤101包括光学元件OPT的在先制造，并且可以独立于基板SUB的形成和供应。光学元件OPT的制造包括图5至图7中所示的导电连接的形成102。

除了基板SUB和光学元件OPT之外，还可以供应电子芯片CHP。电子芯片CHP包括正面F_SNSR，其上形成光学部件，诸如传感器或发送器。芯片CHP还可以在其正面F_SNSR上包括诸如焊球或焊盘之类的互补焊料元件。特别地，互补焊料元件(例如，焊球)形成在电子芯片CHP的正面F_SNSR上，以便以小于60μm的间隙D2间隔开并且绘制界定内部区域和外围区域的框架。该框架特别地可以由附加焊球形成，其不旨在将芯片CHP连接到互连网络INTCNX。特别地，部署为框架形状的焊球允许在关于图8描述的安装步骤103期间抑制并且实际上优选地防止下面关于图10描述的树脂通过电子芯片CHP的内部区域中的毛细管现象渗入。

图6图示了形成导电连接的步骤102。该形成步骤102包括在光学元件OPT的连接面F_CNX一侧的光学元件OPT表面上沉积(在本领域中也称为“溅射”)种子层。种子层是被配置为粘附到玻璃表面的材料层，诸如钛(Ti)或钛金属合金，特别是钛铜合金(TiCu)，并且用于形成其上可以粘附诸如例如铜之类的金属的抓握表面。

然后，形成导电连接还包括掩模和电解生长。提供掩模以利用光敏掩模(未示出)覆盖连接面F_CNX并露出第一区域CNX_REG1和第二区域CNX_REG2，以便在电解生长期间在第一区域CNX_REG1中形成第一焊料元件CP1并在第二区域CNX_REG2中形成第二焊料元件CP2。特别地，第一焊料元件CP1被形成为在它们的未来组装期间与芯片CHP的互补焊料元件对准，如关于图8所描述的。

在这种情况下，第一焊料元件CP1可以是焊盘，并且第二焊料元件CP2可以是突出的焊料凸块或柱，其材料例如可以是铜。此外，掩模可以露出第一区域CNX_REG1与第二区域CNX_REG2之间的连接面F_CNX，以形成允许将每个第一焊料元件CP1与相应的焊料元件CP2电连接的金属迹线RDL。

导电连接的形成102然后包括连接面F_CNX的蚀刻，该蚀刻可以是例如通过酸浴的化学蚀刻。蚀刻允许去除第一焊料元件CP1、第二焊料元件CP2和金属迹线RDL周围的种子层。

图7图示了先前关于图6描述的电解生长的变型。在此变型中，通过电解生长形成的第一焊料元件CP1与第二焊料元件CP2类似，是突出的焊料凸块或柱。

该方法还包括组装可能分开供应的光学元件OPT、支撑基板SUB和电子芯片CHP。组装操作如图8至10中所示。

图8图示了安装连接到光学元件OPT的连接面F_CNX的电子芯片CHP的步骤103。芯片CHP的安装103包括电子芯片CHP的互补焊料元件(诸如焊球CHP_BP)与光学元件OPT的连接面F_CNX的CP1焊盘的焊接。在焊料凸块或柱CP1形成在第一区域CNX_REG1中的情况下，如先前关于图7描述的替代方案中那样，作为焊料凸块或柱的第一焊料元件CP1被焊接到电子芯片CHP的焊盘。

第一焊料元件CP1与芯片CHP的互补焊料元件CHP_BP的焊接组件因此形成允许界定内部部分和外围部分的框架。

此外，在安装步骤103期间，芯片CHP的光学部件与光学元件OPT相对。以这种方式，光学元件OPT可以与光学部件协作，对来自光学部件的光学信号产生影响。

图9包括安装连接到支撑基板SUB的安装面FM的光学元件OPT的连接面F_CNX的步骤104。通过将连接面F_CNX定位成与开口APT相对以使得电子芯片CHP容纳在基板SUB的开口APT中来执行安装步骤104。

连接面F_CNX的安装104包括连接面F_CNX的第二焊料元件CP2与基板SUB的安装面FM的互补焊料元件的焊接。互补焊料元件可以是焊料表面，诸如安装面FM的焊盘PAD，特别是当第二焊料元件CP2是焊料凸块或柱时。因此，焊料凸块或柱CP2被焊接到焊盘PAD，这在焊料凸块或柱CP2与基板SUB的表面上的互连网络INTCCX的导电迹线之间建立电接触。

在焊盘形成在第二区域CNX_REG2中的情况下，如先前关于图7描述的替代方案中那样，所提供的支撑基板SUB可以在其安装面FM上包括互补焊料凸块、柱或球。互补焊料凸块、柱或球被焊接到形成在连接面F_CNX的第二区域CNX_REG2中的焊盘。

因此，电子芯片CHP与基板SUB的互连网络INTNCX的电耦合已经在安装芯片CHP的步骤103和安装连接面F_CNX的步骤104中执行。

图10图示了底部填充树脂UFLL的沉积105，或者如在先前关于图3描述的替代方案中那样，包括模制树脂MLD(未示出)的注射的封装壳体的模制。

底部填充树脂UFLL被配置为在光学元件OPT与基板SUB之间扩散，以及在芯片CHP的外围区域中局部地在光学元件OPT与电子芯片CHP之间扩散。更特别地，底部填充树脂UFLL可以通过毛细管现象在基板SUB、光学元件OPT和电子芯片CHP之间扩散。

但是，底部填充树脂UFLL被配置为不在光学元件与芯片CHP之间扩散到芯片CHP的内部区域中。实际上，底部填充树脂UFLL具有足够的流动性以扩散到位于光学元件OPT与基板SUB之间以及位于电子芯片CHP与光学元件OPT之间的空间中，并且具有足够的粘性而不会渗入到每个焊接组件之间的间隙中。

模制树脂的注射允许以适于模制的压力注射模制树脂。特别地，树脂注射在光学元件OPT与基板SUB之间以及在芯片CHP的外围区域中局部地注射在光学元件OPT与电子芯片CHP之间。但是，注射的模制树脂被配置为不渗入到光学元件与芯片CHP之间的芯片CHP的内部区域中的内部区域中。实际上，模制树脂MLD具有足够的流动性以扩散到位于光学元件OPT与基板SUB之间以及位于电子芯片CHP与光学元件OPT之间的空间中，并且具有足够的粘性而不会渗入到每个焊接组件之间的间隙中。

连接球BP可以形成在基板SUB的与安装面FM相对的面上，并且电连接到位于支撑基板SUB的安装面FM上的焊盘。