(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学式センサ組立体であって、
発光デバイス（ＬＥＤ）を備える第１の層（１）と、光検出器（ＰＤ）を備える第２の層（２）と、当該発光デバイス（ＬＥＤ）および当該光検出器（ＰＤ）に電気的に接続され、当該発光デバイス（ＬＥＤ）および当該光検出器（ＰＤ）の動作を制御するように構成されたドライバ回路（ＩＣ）とを備え、前記第２の層（２）は、基板に組み込まれた複数の貫通シリコンビアを備える第２の光バリア（２２）を備え、
前記発光デバイス（ＬＥＤ）と前記光検出器（ＰＤ）との間に、直接前記発光デバイス（ＬＥＤ）から前記光検出器（ＰＤ）に伝送される光を遮断するように構成されている第１の光バリア（３３）を備えるモールド層（３）を備える、
ことを特徴とする光学式センサ組立体。
【請求項２】
前記モールド層（３）は、光学的に不透明な材料から成っていることを特徴とする、請求項１に記載の光学式センサ組立体。
【請求項３】
前記モールド層（３）は、ウェーハレベルモールド構造を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の光学式センサ組立体。
【請求項４】
前記モールド層は、少なくとも部分的に前記第２の層（２）の主表面（２３）に結合され、前記発光デバイス（ＬＥＤ）からの光が第１の開口部（３１）を通って放出され得るように、前記第１の層（１）が取り付けられている当該第１の開口部（３１）を備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学式センサ組立体。
【請求項５】
前記モールド層（３）は、光が前記光検出器（ＰＤ）に到達し得るように、前記光検出器（ＰＤ）が取り付けられている第２の開口部（３２）を備えることを特徴とする、請求項４に記載の光学式センサ組立体。
【請求項６】
前記第２の層（２）は、前記光検出器（ＰＤ）および前記ドライバ回路（ＩＣ）が集積されている基板を備えることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学式センサ組立体。
【請求項７】
前記基板は、能動的なインタポーザを備えることを特徴とする、請求項６に記載の光学式センサ組立体。
【請求項８】
前記発光デバイス（ＬＥＤ）は、メタライジング接続パターン（１１）、ボンディングワイヤ（２６）、または再配線層を用いて、前記第２の層（２）に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学式センサ組立体。
【請求項９】
前記第１の層（１）は、前記第２の層（２）の主表面（２３）に積層されているか、または
前記第１の層（１）は、前記第２の層（２）に形成された沈下部に埋設されているか、または
前記第１の層（１）は、前記第２の層（２）の主表面（２３）の反対側の他の主表面（２４）に積層され、前記第１の開口部（３１）は、前記第２の層（２）を貫通して延伸している、
ことを特徴とする、請求項４又は５に記載の光学式センサ組立体。
【請求項１０】
前記光検出器（ＰＤ）および／または前記発光デバイス（ＬＥＤ）は、光学素子（４１）によって覆われており、当該光学素子（４１）はレンズおよび／またはゾーンプレートであることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学式センサ組立体。
【請求項１１】
光学式センサ組立体を製造する方法であって、
発光デバイス（ＬＥＤ）を第１の層（１）に組み込むステップと、
光検出器（ＰＤ）およびドライバ回路（ＩＣ）を第２の層（２）に集積するステップであって、当該第２の層（２）が、基板に組み込まれた複数の貫通シリコンビアを備える第２の光バリア（２２）を備えるステップと、
前記発光デバイス（ＬＥＤ）を前記ドライバ回路（ＩＣ）および前記光検出器（ＰＤ）に電気的に接続するステップと、
前記発光デバイス（ＬＥＤ）と前記光検出器（ＰＤ）との間に、直接前記発光デバイス（ＬＥＤ）から前記光検出器（ＰＤ）に伝送される光を遮断するように構成されている第１の光バリア（３３）を備えるモールド層（３）をモールドするモールドステップと、
前記第１の層（１）、前記第２の層（２）、および前記モールド層（３）を３次元的な集積回路に組み込むステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記モールドステップは、光学的に不透明な材料を用いたウェーハレベルのモールドを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の層（１）は、前記第２の層（２）上に積層され、前記第１の層（１）は、メタライジング接続パターン（１１）、ボンディングワイヤ（２６）、または再配線層を用いて、前記第２の層（２）に電気的に接続されているか、または、
前記第１の層は、前記第２の層（２）に形成された凹部へ埋設されている、
ことを特徴とする、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
さらに、前記モールド層（３）を少なくとも部分的に前記第２の層（２）の主表面（２３）に結合するステップと、第１の開口部（３１）を、前記発光デバイス（ＬＥＤ）からの光が当該第１の開口部（３１）を通って放出されるように、前記第１の層（１）が取り付けられている前記モールド層（３）に設けるステップと、および／または、
光が前記光検出器（ＰＤ）に到達して検出され得るように、前記光検出器（ＰＤ）が取り付けられる第２の開口部（３２）を前記モールド層（３）に設けるステップと、
を備えることを特徴とする、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
３次元の集積回路を備えた光学式近接センサ組立体であることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学式センサ組立体。
【請求項１６】
前記能動的なインタポーザは、再配線層または埋め込まれたウェーハレベルボールグリッドアレイに接続されることを特徴とする、請求項７に記載の光学式センサ組立体。
【請求項１７】
光学式センサ組立体を製造する方法は、光学式近接センサ組立体を製造する方法であることを特徴とする、請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記ウェーハレベルのモールドは、光学的に不透明な材料を用いることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１の層（１）は、ダイのウェーハへの積層（die-to-wafer stacking）を用いて前記第２の層（２）上に積層されることを特徴とする、請求項１３乃至１４及び請求項１７乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記メタライジング接続パターン（１１）は、複数の貫通シリコンビアを用いたメタライジング接続パターンであることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記貫通シリコンビアにはメタライジング部が取り付けられることにより貫通シリコンビア接続部（２１）が生成され、電気的に導通した相互接続部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０及び１５のいずれか１項に記載の光学式センサ組立体。
【請求項２２】
前記能動的なインタポーザは、前記第２の層（２）の主表面（２３）上に配置された、誘電体層（７）及び配線として機能する埋設配線層を備え、
前記光検出器（ＰＤ）および前記ドライバ回路（ＩＣ）は、金属層よりなるメタライジング接続パターン（１１）に接続されており、
前記メタライジング接続パターン（１１）は、前記第２の層（２）の、前記誘電体層（７）と反対側の他の主表面（２４）から延在する貫通シリコンビア接続部（２１）に接続されるコンタクト領域（９）を有していることを特徴とする、請求項７に記載の光学式センサ組立体。
【請求項２３】
前記他の主表面（２４）上に配置されたさらなる誘電体層（８）と、前記誘電体層（８）に埋設され又は前記誘電体層（８）上に設けられ再配線層を構成するさらなる金属層（１４）とをさらに備え、前記さらなる金属層（１４）は、前記貫通シリコンビア接続部（２１）に接続されるとともに、外部の電気接続用に設けられたさらなるコンタクト領域（１９）を有することを特徴とする請求項２２に記載の光学式センサ組立体。
【請求項２４】
前記貫通シリコンビア接続部（２１）の内容積は、前記誘電体層（８）を形成するために使用された材料で充填されていることを特徴とする請求項２３に記載の光学式センサ組立体。
【請求項２５】
前記メタライジング接続パターン（１１）の前記コンタクト領域（９）が露出するまでエッチングすることによって、前記さらなる誘電体層（８）及び前記第２の層（２）を貫通するビアホールを生成し、その後、前記ビアホール内にメタライジングを取り付けて、請求項２３に記載の光学式センサ組立体の貫通シリコンビア接続部（２１）を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式センサ組立体および光学式センサ組立体の製造方法に関する。具体的には、本発明は光学式近接センサ組立体および光学式近接センサ組立体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式近接センサは、電磁波照射によって物理的な接触無しに、近傍にある対象物の存在を検出することができるセンサである。一般的には、近接センサは連続的またはパルス化した電磁場、たとえば赤外光を放出し、その電磁場または戻り信号の変化を検出する。ここでこの「光学式」とは、電磁波スペクトルの赤外光、可視光、および紫外光の部分に関するものである。
【０００３】
現在一般的な光学式近接センサは、プリント配線基板（ＰＣＢ）に基づいたマルチチップパッケージで実現されており、このマルチチップパッケージは一般的なモールド技術によってオーバーモールドされている。しかしながらこのパッケージは大きいものであり、かなり大きな設置面を有する。他方では、光学式近接センサは、スマートフォン、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップ、等の最近のモバイル装置においてその応用が増大している。このような装置では小型化して面積当たりの機能を増大することが強く要求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上記の問題に対処することであり、低減されたサイズおよび設置面積を可能とする光学式センサを製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、本出願の独立請求項に記載の対象物により解決される。さらなる派生実施例および実施形態は従属請求項で示される。
【０００６】
光学式センサ組立体、具体的には光学式近接センサ組立体は、３次元の集積回路を備えている。さらにこの３次元の集積回路は、第１の層、第２の層、およびモールド層を備えている。この第１の層は発光デバイスから成っている。第２の層は光検出器およびドライバ回路を備える。このドライバ回路は、上記の発光デバイスおよび光検出器に電気的に接続されている。さらに上記のモールド層は、上記の発光デバイスと光検出器との間の第１の光バリアから成っている。この第１の光バリアは、直接上記の発光デバイスから上記の光検出器へ伝送される光を遮蔽するように構成されている。
【０００７】
上記の発光デバイスは、可視光または赤外光を放出する発光ダイオードであってよい。「光」なる用語は、赤外（ＩＲ）、可視、および紫外の領域の電磁波を意味する。好ましくは、本発明による光学式センサ組立体では赤外発光ダイオード（複数）が用いられる。これらの赤外発光ダイオードは、低コストで製造することができ、人間の目に見えない光を放出する。上記の光検出器は、光ダイオード、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、または相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）タイプの光検出器であってよい。
【０００８】
動作中は上記の発光デバイスは、光を連続的またはパルス的に放出する。  上記のモールド層における第１の光バリアのおかげで、上記の光検出器は、上記の発光デバイスから放出された光を、これが近接対象物で反射される場合にのみ検出する。すなわち上記の第１の光バリアは、直接上記の発光デバイスからこの光検出器へ伝送される光を遮蔽する。しかしながら、この光検出器は通常、この光学式センサ組立体の周囲の環境光にも曝されている。この環境光の寄与を補償するために、制御デバイスは環境光の量を記録してこれによる補正を行うように適宜追加で構成されてよい。たとえば、この補正は、この発光デバイスにパルス（複数）を所定の時間放出させることによって行われる。全く光が放出されない停止期間中は、この光検出器は環境光のみを検出する。
【０００９】
この光学センサ組立体の三次元的な集積によって、このセンサは、複数のマルチチップパッケージのものに比べ非常に小さな体積にパッケージすることができる。これはそれぞれの層をヘテロ積層および／または埋設することができるので、非常に小さな設置面積となる。モールド層によって、このセンサ組立体の全体レイアウトは大幅に調整でき、またその光学的特性の微調整が可能である。本発明が提供するデザインは、マルチチップパッケージと比較して、非常に小さな高さのものとなる。さらに本発明による光学センサ組立体は、少ないプロセスステップかつ低いコストで製造することができる。上記のモールド層は、周囲環境の影響からこの光学センサ組立体を効果的に保護またはシーリングする。さらに加えて、このモールド層は、望ましくない環境光、たとえば発光デバイスに起因するものでない赤外放射光の遮蔽をもたらす。
【００１０】
「三次元的集積回路」（３Ｄ−ＩＣ）なる用語は、２つ以上の能動的電子部品の層を有するチップを意味し、これらの電子部品は垂直的または水平的に１つの単一の集積回路に集積されている。「層」なる用語は、回路を集積することができる構造体に対応するものであり、たとえば基板である。最後に、「モールドする」なる用語は、堅固な枠または型を用いて、モールド原材料から、パターンと呼ばれるモールド構造体を成形するプロセスを意味する。
【００１１】
本発明による光学式センサ組立体の１つの実施形態においては、上記のモールド層は、光学的に不透明なモールド材料から成っている。この「不透明」なる用語は、このモールド材料の材料特性を表しており、このモールド材料が、いかなる光も通過することができないように、透明でなく、かつまたある程度の光が通過することができるような、半透明でもない。１つの好ましいモールド材料はプラスチックである。
【００１２】
本発明による光学式センサ組立体のもう１つの実施形態においては、上記のモールド層は、ウェーハレベルのモールドパターンから成っている。このウェーハレベルのモールドパターンは、モールド、具体的にはたとえばフィルムを用いたモールドのようなトランスファーモールド技術を用いてウェーハレベルで製造されている。簡単に言えば、フィルムを用いたモールドは、プラスチックフィルムを用いており、このプラスチックフィルムは、上記の第１および第２の層等、すなわち封止される製造物が装着される前に、このモールド型の内面に真空を用いて取り付けられる。次にこのモールド型は閉じられ、この結果、製造される上記のモールド層の（反転した）形の中空体が残る。最終的にこの中空体は液体モールド材料で充填され、このモールド材料が硬化した後、上記のモールド層はこのモールド型により規定される形状となり、たとえば上記の第１の光バリアがこのモールド層に作り込まれる。
【００１３】
本発明による光学式センサ組立体のもう１つの実施形態においては、上記のモールド層は、少なくとも部分的に上記の第２の層の主表面に結合されている。このモールド層は、上記の第１の層に設けられた第１の開口部を備える。この第１の開口部は、上記の発光デバイスからの光がこの第１の開口部を通って放出されるように上記の第１の層に設けられている。この第１の開口部は、上記の発光デバイスによる光を放出するための光学的経路を確立する。同時にこのモールド層における開口部は、光検出器に光が直接到達することを阻止する。
【００１４】
本発明による光学式センサ組立体のもう１つの実施形態においては、上記のモールド層は、上記の光検出器が取り付けられた第２の開口部を備える。この第２の開口部は、上記の光検出器を用いて光が検出され得ることを確実にする。このようにしてこのモールド層は、上記の第２の層の主表面に沿って延伸されてよい。この第２の開口部は、光が上記の光検出器に到達し得ることを保証するが、一方で上記の発光デバイスからの直接の伝送を遮蔽する。
【００１５】
本発明による光学センサ組立体の１つの実施形態においては、上記の第２の層は、上記の光検出器および上記の制御回路が集積される基板を備える。このようにして上記の制御回路および上記の光検出器がシングルチップで実現され、これはさらに本発明による光センサ組立体の設置面積を低減する。代替として、上記の制御回路および上記の光検出器は、上記の基板に形成された沈下部に集積されてよい。電気的な接続は、既知の技術を用いてこの基板内に配置することができる。
【００１６】
本発明による光学センサ組立体のもう１つの実施形態においては、上記の基板は能動的なインターポーザを備えている。具体的には、この能動的なインターポーザは、さらに再配線層または埋設されたウェーハレベルのボールグリッドアレイに接続されていてよい。このインターポーザは、ソケットと上記の電子回路の他への接続との間の電気的インターフェースのルーティング部である。再配線層は、集積回路の入力／出力パッドを形成する層上の金属層であり、この集積回路は入力／出力パッドを形成する層に沿った他の部位にある。上記の埋設ウェーハレベルボールグリッドアレイ（ｅＷＬＢ）は、集積回路のパッドを相互接続する、集積回路のパッケージング技術の成果である。集積回路が製造される場合、この集積回路は通常、パッケージのピンにワイヤボンディングされた領域である入力／出力パッドのセットを有する。インターポーザを用いることによって、チップ上に追加のワイヤリング層が設けられ、これはチップ上の異なる部位からのボンディングを可能とし、チップからチップへのボンディングを簡略化する。
【００１７】
本発明による光学センサ組立体のもう１つの実施形態においては、上記の発光デバイスは、メタライジング接続パターン、ボンディングワイヤ、または再配線層を用いて第２の層に電気的に接続されている。このメタライジング接続パターンは、パターニングされたメタライジングから成り、上記の第１の層と第２の層との間の電気的な接続を提供する。
【００１８】
本発明による光学式センサ組立体のもう１つの実施形態においては、上記の第１の層は、上記の第２の層の主表面に積層されている。１つの代替の実施形態においては、上記の第１の層は、上記の第２の層に形成された沈下部に埋設されている。もう１つの代替の実施形態においては、上記の第１の層は、上記の第２の層の主表面の反対側の他の主表面に積層されている。この場合上記の第１の開口部は、この第２の層を貫通して延伸している。
【００１９】
本発明による光学式センサ組立体のもう１つの実施形態においては、上記の第２の層は、第２の光バリアを備える。上記の第１の光バリアが、上記のモールド層を介して直接上記の光検出器へ伝送される光を遮断するように設計されているが、この第２の光バリアも同様な目的を有する。この第２の光バリアは、上記の第２の層を介して直接上記の光検出器へ伝送される光を効果的に遮断する。
【００２０】
上記の第２の層の材料は、場合によっては上記の発光デバイスから放出される光に対し完全に不透明でなくともよい。たとえば、シリコンは赤外光に対しある程度透明である。上記の第２の光バリアは、この第２の層を介して上記の光検出器に達する光の量を効果的に低減する。
【００２１】
本発明による光学式センサ組立体のもう１つの実施形態においては、上記の第２の光バリアは、上記の基板に組み込まれたシリコン貫通ビア（複数）を備える。シリコン貫通ビア（through-silicon via）、すなわち略してＴＳＶは、電気的接続部であるビア（via, Vertical Interconnect Access)であり、シリコンウェーハまたはダイを完全に貫通している。この場合上記の第２の層はシリコンウェーハまたはダイから成っている。このＴＳＶの電気経路は、光を吸収する特徴があり、特に赤外光を大幅に吸収する。
【００２２】
本発明による光学式センサ組立体のもう１つの実施形態においては、上記の光検出器および／または発光デバイスは光学素子によって覆われている。この光学素子はレンズおよび／またはゾーンプレートである。具体的には、このレンズはナノインプリントされたレンズであってよい。
【００２３】
光学センサ組立体を製造する方法、具体的には光学式近接センサ組立体を製造する方法は、発光ダイオードを第１の層に組み込むステップを備える。光検出器およびドライバ回路は第２の層に集積されている。次にこの発光デバイスおよび光検出器は、電気的に接続される。さらにこの方法は、上記の発光デバイスと光検出器との間に第１の光バリアを備えるモールド層をモールドするステップを備えている。このモールド層は、直接上記の発光デバイスから上記の光検出器に伝送される光を遮断するように構成されている。最後に、上記の第１の層、上記の第２の層、および上記のモールド層が３次元的な集積回路に組み込まれる。
【００２４】
この光学センサ組立体の三次元的な組み込みによって、このセンサは、複数のマルチチップパッケージのものに比べ非常に小さな体積にパッケージすることができる。これはそれぞれの層をヘテロ積層および／または埋設することができるので、非常に小さな設置面積となる。モールド層によって、このセンサ組立体の全体レイアウトは大幅に調整でき、またその光学的特性の微調整が可能である。本発明が提供するデザインは、マルチチップパッケージと比較して、非常に小さな高さのものとなる。さらに本発明による光学センサ組立体は、少ないプロセスステップかつ低いコストで製造することができる。上記のモールド層は、周囲環境の影響からこの光学センサ組立体を効果的に保護またはシーリングする。さらに加えて、このモールド層は、望ましくない環境光、たとえば発光デバイスに起因するものでない赤外放射の遮蔽をもたらす。
【００２５】
本発明による光学センサ組立体を製造する方法の１つの実施形態においては、上記のモールドステップは、ウェーハレベルのモールド、具体的には光学的に不透明な材料を用いたウェーハレベルのモールドを含む。ウェーハレベルのモールドは、ウェーハレベルでのモールド、たとえばフィルムを用いたモールドのようなトランスファモールド技術を含む。
【００２６】
もう１つの実施形態においては、上記の第１の層は上記の第２の層上に積層され、具体的にはダイのウェーハへの積層（die-to-wafer stacking）を用いて積層されている。次に上記のメタライジング接続パターン、ボンディングワイヤ、または再配線層を用いて、具体的には貫通シリコンビア（複数）を用いたメタライジング接続パターンを用いて、上記の第１の層は上記の第２の層に電気的に接続される。代替として、上記の第１の層は、上記の第２の層に形成された凹部へ埋設される。
【００２７】
本発明による方法のもう１つの実施形態においては、上記のモールド層は、少なくとも部分的に上記の第２の層の主表面に結合されている。第１の開口部は、上記の発光デバイスからの光がこの第１の開口部を通って放出されるように、この第１の層が取り付けられている上記のモールド層に設けられている。代替として、または追加として、上記の光検出器によって光が検出され得るように、この光検出器が取り付けられる第２の開口部が設けられてよい。
【００２８】
以下に、上記で示した原理を、例示的な実施形態が示された図を参照して詳細に説明する。これらの実施形態の類似した要素に対応する要素は、同じ参照番号で示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】本発明による光学式センサ組立体の実施形態を示す。
【図１Ｂ】本発明による光学式センサ組立体の実施形態を示す。
【図１Ｃ】本発明による光学式センサ組立体の実施形態を示す。
【図２】本発明による光学式センサ組立体の別の実施形態を示す。
【図３】本発明による光学式センサ組立体の別の実施形態を示す。
【図４】本発明による光学式センサ組立体の別の実施形態を示す。
【図５】本発明による光学式センサ組立体の別の実施形態を示す。
【図６】本発明による光学式センサ組立体の別の実施形態を示す。
【図７】第２の層の１つの例示的な実施形態の断面を示す。
【図８】図７の断面の、貫通シリコンビア（ＴＳＶ）接続部を形成した後の断面を示す。
【図９】図７の断面の、光検出器ＰＤまたはドライバ回路ＩＣ等を設置した後の断面を示す。
【００３０】
図１Ａは、本発明による光学式センサ組立体の１つの実施形態を示す。この光学式センサ組立体は、第１の層１、第２の層２、およびモールド層３を有する３次元集積回路を備え、適宜追加的にカバー層４によって覆われる。
【００３１】
第１の層１は、発光デバイスＬＥＤを備え、この発光デバイスは好ましくは発光ダイオードである。この発光ダイオードは可視光を放出するが、光学式近接センサの分野では（近）赤外光を放出するものが好ましい。ＩＲダイオードは、安価であり、かつ人間の目には見えない光を放出する。後者のダイオードは、光学式近接センサとして通常黒いカバーの背後に配置されるので、設計の観点から有利である。もしこのカバーが光学的に可視光に対し不透明であるが、ＩＲに対しては透明である場合、その構造および回路はユーザには見えず、したがってたとえばスマートフォンのデザインの邪魔にならない。
【００３２】
第２の層２はシリコン基板を備え、主表面２３および、この主表面２３と反対側の他の主表面２４を有する。第２の層２は光検出器ＰＤおよびドライバ回路ＩＣを備える。この実施形態においては、光検出器ＰＤおよびドライバ回路ＩＣは、第２の層２に集積されている。代替として、これら２つの部品ＬＥＤ，ＩＣは、分離された集積回路に集積されていてよく、これらは互いに接続されている。この「第２の層」なる用語は、これら両方の集積の仕方を含むものである。
【００３３】
光検出器ＰＤは、発光ダイオードＬＥＤから放出される光を検知できる光ダイオードを備える。こうしてこの好ましい実施形態においては、この光検出器は、（近）赤外光を検知できる。代替として、この光検出器ＰＤは電荷結合デバイス（ＣＣＤ）、またはＣＭＯＳ光センサであってよい。通常後者のデバイスは赤外光を検知できるように製造されている。ドライバ回路ＩＣは、この光検出器およびこの発光デバイス（ＬＥＤ）両方を制御かつ駆動する手段を備えている。このため、上記の第２の層は、このドライバ回路ＩＣと、光検出器ＰＤおよび発光デバイスＬＥＤ両方との間の電気的接続部を備える。
【００３４】
第１の層１は発光デバイスＬＥＤが駆動され得るように、この第２の層２への接続パッドを提供する。この第２の層２への接続部は、メタライジング接続パターン１１によって確立されるが、これについては図７〜９を参照して詳細に説明する。簡潔に言えば、発光デバイスＬＥＤを備える第１の層１が第２の層２に固着される。この電気的接続部は、メタライジング接続パターン１１によって実現され、この接続パターンは発光デバイスＬＥＤをシリコン貫通ビア（ＴＳＶ）の接続部２１に接続している。メタライジング接続パターン１１は、ＥＶＧ（登録商標）のナノスプレーリソグラフィーのような、厚膜パターンリソグラフィーを用い、さらに金属層のスプレーコーティングまたはスパッタリングによって生成される。
【００３５】
第２の層２は、能動的なインターポーザから成る。貫通シリコンビア（ＴＳＶ）接続部２１とは別に、他の主表面２４は再配線層を備え、すなわち、この光学式センサ組立体の位置で入力／出力パッドが使えるようにするために、代替的に、すなわち埋設されたウェーハレベルのボールグリッドアレイに接続されてよい。以上はこの光学式センサ組立体内の、たとえば発光デバイスＬＥＤと、ドライバ回路ＩＣおよび光検出器ＰＤとの間の電気的接続部に関し、また同様に、この光学式センサ組立体が埋設されているシステム、たとえばスマートフォン、モバイルフォン、またはモバイルコンピュータにおける他の外部回路への接続部に関する。このような他の回路への接続部は、他の主表面２４の配置されたバンプ２５を介して確立される。
【００３６】
モールド層３は、第１および第２の層１，２の積層体を覆っている。さらに、モールド層３は、この光学式センサ組立体内の光学経路を基本的に規定する、特徴的な形状を有する。モールド形状の仕様は、この光学式センサ組立体のアプリケーション分野によって決まり、このアプリケーション分野にはたとえば光学式近接検出がある。第１と第２の層１，２およびモールド層３は、３次元に集積された回路を形成する。
【００３７】
モールド層３は、ウェーハレベルのモールドパターンから成り、これはフィルムを用いたモールドのようなトランスファモールド等のモールド技術を使用してウェーハレベルで生成される。このようにして典型的に２つ以上の光学式センサ組立体が同時に製造され、個々の光学式センサ組立体は、ソーイングによって切り出される。モールド型の形状はこのモールド層３の構造を決定する。フィルムを用いたモールドにおいては、たとえば上記の第１および第２の層１，２、すなわち封止される製造物がモールド型に装着される前に、このモールド型の内面に真空を用いて取り付けられるプラスチックフィルムがこのモールドに装着される。次にこのモールド型は閉じられ、この結果、製造される上記のモールド層３の（反転した）形の中空体が残る。最終的にこの中空体は液体モールド材料で充填され、このモールド材料が硬化した後、モールド層３はこのモールド型により規定される形状となる。
【００３８】
上記のモールド型は、発光デバイスＬＥＤから放出された光が上記の組立体から出ていくように、モールド層３を成形する。同時にこれは、光がこの組立体に入り、光検出器ＰＤによって検出されることを可能とする。この機能は、それぞれモールド層３における第１および第２の開口部３１，３２を用いて実現される。実際には、発光デバイスＬＥＤおよび光検出器ＰＤは、それぞれ第１および第２の開口部３１，３２の前に設置される。追加的に、第１の光バリア３３が、発光デバイスＬＥＤと光検出器ＰＤとの間に残るモールド層３の中に設けられて、これら２つの部品の間で直接伝送される光が遮断されるようにする。本実施形態においては、第１の光バリア３３は、第１および第２の開口部３１，３２によって縁取られている。モールド層３は、この第１の光バリア３３を光が全く通過することができないように、光学的に不透明な材料から成っている。１つの好ましい材料はプラスチックである。
【００３９】
この第１の光バリア３３に加えて、第２の層２は１つ以上の光バリア２２を備える。好適にはこの第２の光バリア２２は、発光デバイスＬＥＤおよび／または光検出器ＰＤの周囲に四角形または円形の貫通シリコンビア（複数）を備える。このようにして発光デバイスＬＥＤから放出された光は、この第２の層の材料によって光検出器ＰＤに到達することが遮断される。この第２の層２は、典型的には、光、特に赤外光に対しある程度透明なシリコン基板から作製される。こうしてこの第２の光バリア２２は、光学的クロストークをさらに低減する。
【００４０】
本発明による光学式センサ組立体は、適宜カバー層４によってカバーされてよい。このカバー層４は、透明または少なくとも半透明な材料から成り、この光学式センサ組立体をその周囲でシーリングする。特にモールド材料は、第１および第２の開口部３１，３２を充填してもよい。このカバーの一部は、光学素子４１の形態であってよく、この光学素子は、光学レンズおよび／またはフレネルレンズのようなゾーンプレートの形状を有してよい。さらなる実施形態に関していくつかの例が説明されるが、これらは図１Ａの実施形態にも同様に使用することができる。
【００４１】
たとえば図１Ｂに示す実施形態は、光学素子４１（たとえばレンズ）が発光デバイスＬＥＤおよび光検出器ＰＤに結合されていることを除き、図１Ａのものと同じである。この実施形態においては、これらのレンズは、それぞれ第１および第２の開口部３１，３２の内側に在る。これらのレンズは、信号対ノイズ比の改善および光学的クロストークの低減のために、発光デバイスＬＥＤから放出される光および／または光検出器ＰＤによって検出される光をビーム成形する光学素子４１として用いられる。
【００４２】
図１Ｃに示す実施形態は、図１Ｃのものに基づいている。ここでレンズ４１は、第１および第２の開口部の最上部にあり、これによってこの光学式センサ組立体が周囲環境からシーリングされる。
【００４３】
図２は、本発明による光学式センサ組立体の別の実施形態を示す。本実施形態は、図１Ａ〜１Ｃに開示されるものに基づいており、第１の層１の第２の層２への結合が異なるだけである。第１の層１は、この第１の層１を同じ高さの面とするために、第２の層２の中へエッチングされたキャビティ内に在る。発光デバイスＬＥＤは、このキャビティに接着され、上述した金属接点用の薄膜接続パターンのリソグラフィーを用いて電気的に結合される。上記の光学素子は、図１Ａ〜１Ｃを参照して説明したように設けられてよい。
【００４４】
図３は、本発明による光学式センサ組立体の別の実施形態を示す。本実施形態は、図１Ａ〜１Ｃに開示されるものに基づいており、ただし第１の層１が第２の層２へ結合されていることが異なる。第１の開口部３１は、第２の層２およびモールド層３を完全に貫通して切り込まれており、穴３４となっている。第２の層２におけるこの追加的な穴３４は、たとえば大口径ＴＳＶおよび回り込みＲＩＥエッチングによって、ウェーハレベルのモールドの前後にこのモールド化合物に対し選択的に形成される。
【００４５】
第１の層１は、この穴３４の前で第２の層２へ、バンプ形成の前後にフリップチップのように結合される。このためにこの第１の層は、はんだパッドを有し、そして次に主表面２４上の（マイクロ）バンプ２７によって第２の層に結合され、こうして薄膜接続パターンのリソグラフィーを用いた金属接点が生成される。図１Ａ〜１Ｃに関連して上記で説明したように、本発明による光学式センサ組立体には、レンズまたはゾーンプレート等の光学素子４１が適宜追加して設けられる。
【００４６】
図４は、本発明による光学式センサ組立体の別の実施形態を示す。本実施形態は、図２に示すものに基づいている。第１の層１は、第２の層２の中へエッチングされたキャビティ内に在る。図２と異なり、第１の層１に対して側壁３５を画定するモールドとするため、第１の層１用のキャビティが大きくされている。発光デバイスＬＥＤは、ワイヤボンディング２６で第２の層２に接続されている。
【００４７】
さらにモールド層３は、主表面２３の一部のみを覆っており、そこには第２の開口部３２は無い。図１Ａ〜１Ｃに関連して上記で説明したように、本発明による光学式センサ組立体には、レンズまたはゾーンプレート等の光学素子が適宜追加して設けられる。また結局、適宜追加で設けられるカバー４も、モールド層３の部分のみを覆っている。
【００４８】
図５は図４に示す本発明による光学式センサ組立体に基づく、別の実施形態を示す。ここにはキャビティは無いが、しかしながら第１の層は第２の層２の最上部に直接結合されている。電気的な接続は、ワイヤボンディングによって確立される。図４と同様に、モールド層３は、第１の光バリア層３３として、第１の層１の周囲のみにあり、ただしモールド部分の応力によるウェーハの反りを最小化するため、第２の層の残りの部分の上には無い。
【００４９】
図６は、本発明による光学式センサ組立体の別の実施形態を示す。本実施形態は、図１Ａ〜５に関連して説明したものとは若干異なっている。図１Ａ〜５の実施形態の集積体においては、第１および第２の層１，２が積層され、かつ、たとえば能動的なインターポーザを介して電気的に接続されている。本実施形態においては、第１の層１および第２の層２は、モールド層３によってオーバーモールドされている。こうして三次元的な集積回路が、第１および第２の層１，２，およびモールド層３を介した相互接続の水平方向での配設によって確立される。電気的な接続は、再配線層または埋め込まれた、この光学式センサ組立体の底側の別の主表面５に沿ったウェーハレベルボールグリッドアレイによって行われる。この別の主表面の上にはバンプ接続部（複数）が設けられている。
【００５０】
第１および第２の開口部３１，３２，および適宜追加されるカバー４は、上述した設計方針に基づいて設けられる。光学素子（複数）も、上述したように、第１の層１および第２の層２の双方に取り付けられてよい。
【００５１】
本発明による光学式センサ組立体の実施形態の典型的な寸法は以下の通りである。発光ダイオードは好ましくは、数十μｍ〜１８０μｍの厚さを有するＧａＮ発光ダイオードである。より小さな厚さは、たとえば新型のＧａＮ  ｏｎ  ＳｉのＬＥＤで実現することができる。このＬＥＤの設置面積は、典型的には３５０μｍ×３５０μｍより小さい。大きなバンプは約１００〜３００μｍであるが、これに対してＬＥＤ取り付け用のマイクロバンプは５０μｍより小さい。ウェーハレベルでモールドされた層３およびその光バリアは１００〜１０００μｍの厚さを有する。
【００５２】
本発明による光学式センサ組立体の様々な実施形態の近接検出の動作は類似している。発光デバイスＬＥＤは、光を連続的またはパルス的に放出する。モールド層３における第１の光バリア３３のおかげで、光検出器ＰＤは、発光デバイスＬＥＤから放出された光を、これが近接対象物で反射される場合にのみ検出する。すなわち上記の第１の光バリアが、直接上記の発光デバイスからこの光検出器へ伝送される光を遮蔽する。しかしながら、この光検出器ＰＤは通常この光学式センサ組立体の周囲の環境光にも曝されている。この環境光の寄与を補償するために、制御デバイスＩＣは、環境光の量を記録してこれによる補正を行う手段を備える。たとえば、この補正は、発光デバイスＬＥＤにパルス（複数）を所定の時間放出させることによって行われる。全く光が放出されない停止期間中は、光検出器ＰＤは環境光のみを検出する。制御デバイスＩＣは、通常、ここで図示および説明しない信号処理用のさらなる手段を備える。
【００５３】
図７は、第２の層の断面を示し、この第２の層は、誘電体層７、およびその主表面２３に埋め込まれた金属層を有する能動的インターポーザを構成している。集積回路、たとえば制御デバイスＩＣ、または光検出器ＰＤは、配線として用いられる複数のメタル層から成るメタライジング接続パターン１１に接続されていてよい。もしハンドリングウェーハ（handling wafer）６がこの誘電体層７の上側表面に固定されていると、製造が容易となる。貫通シリコンビア（ＴＳＶ）接続部は、この誘電体層７に対向する、第２の層２の他の主表面２４によって形成される。
【００５４】
図８は、図７の断面の、貫通シリコンビア（ＴＳＶ）接続部を形成した後の断面である。さらなる誘電体層８が上記の他の主表面２４の上に配設されている。貫通シリコンビア（ＴＳＶ）接続部は、金属層１１の１つのコンタクト領域９が露出するまで、このさらなる誘電体層８および第２の層２を貫通するビアホールをエッチングすることによって生成することができる。側壁絶縁部１３は、好ましくはこのビアホール内に形成され、そしてこのビアホール内にメタライジング部が取り付けられ、こうしてこのメタライジング部がコンタクト領域９に電気的に接続される。このメタライジング部は、貫通シリコンビア（ＴＳＶ）接続部２１の電気的に導通した相互接続部を生成する。少なくとも１つのさらなる金属層１４、たとえばこの貫通シリコンビア（ＴＳＶ）接続部２１に接続されている再配線層は、上記のさらなる誘電体層８の中またはこの上に配設されている。この貫通シリコンビア（ＴＳＶ）接続部２１の内容積は、上記のさらなる誘電体層８を形成するために使用された材料で充填されていてよく、この材料は、たとえば半導体材料の酸化物または窒化物であってよい。上記のさらなる金属層１４の、さらなるコンタクト領域１９が外部の電気接続部用に設けられてよい。次にハンドリングウェーハ６は除去される。
【００５５】
図９は、図７の断面の、光検出器ＰＤまたはドライバ回路ＩＣ等を設置した後の断面である。もしさらなるハンドリングウェーハ１６が上記のさらなる誘電体層８に固定されていると、製造が容易となる。発光デバイスＬＥＤを備える上記の第１の層１のようなチップが誘電体層７上に取り付けられる。このようにして任意の数のチップを上記の主表面２３の上に取り付けることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  ：  第１の層
１１  ：  メタライジング接続パターン
１３  ：  側壁絶縁部
１４  ：  さらなる金属層
１６  ：  さらなるハンドリングウェーハ
１９  ：  さらなるコンタクト領域
２  ：  第２の層
２１  ：  貫通シリコンビア（ＴＳＶ）接続部
２２  ：  第２の光バリア
２３  ：  主表面
２４  ：  他の主表面
２５  ：  バンプ
２６  ：  ボンディングワイヤ
２７  ：  マイクロバンプ
３  ：  モールド層
３１  ：  第１の開口部
３２  ：  第２の開口部
３３  ：  第１の光バリア
３５  ：  側壁
４  ：  カバー層
４１  ：  光学素子
５  ：  別の主表面
６  ：  さらなるハンドリングウェーハ
７  ：  誘電体層
８  ：  さらなる誘電体層
９  ：  コンタクト領域
ＩＣ  ：  ドライバ回路
ＬＥＤ  ：  発光デバイス
ＰＤ  ：  光検出器
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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