CN105679753B - 光学模块、其制造方法及电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学模块，包括：载体、盖体、至少一个发光元件、至少一个第一感测器以及至少一个第二感测器。所述载体具有第一表面。所述盖***于所述第一表面上，且具有第一容置空间、第二容置空间和第三容置空间。所述第二容置空间位于所述第一容置空间与所述第三容置空间之间。所述至少一个发光元件位于所述第一表面上且位于所述第一容置空间中。所述至少一个第一感测器位于所述第一表面上且位于所述第二容置空间中。所述第二感测器位于所述第一表面上且位于所述第三容置空间中。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学模块、其制造方法及电子装置。
背景技术
光学模块，例如接近度传感器(Proximity Sensor)，可用来感测位于光学模块附近的物体。光学模块具有发光元件以及光学感测器，光学感测器可接收或感测由发光元件发出并经由外部或附近的物体(例如：智能手机使用者人脸表面)反射后的光线。
串音干扰串话(cross talk)可能是由发光元件发出而直接到达光学感测器的光线；串话也可能是由发光元件发出而经由待感测物体以外的其它介质(例如：智能手机的显示屏的表面玻璃)所反射而到达光学感测器的光线，因而串话为导致感测器误动作的噪声，其将影响接近度传感器的操作的准确性。
串话，可在光学模块的封装结构中，使用以不透光材料所组成的盖体(lid)以阻挡串话、同时还具保护其内部的光学光电元件以及相关导线及连接点的功能。图9A所示的智能手机所用的接近度传感器为光学模块的实例，其使用盖体36以防止由发光元件31所发出的光线直接到达光学感测器32的感光区323。虽然盖体36可防止由发光元件31所发射的光线直接到达感光区323，但是从图9A的光线分布范围可得知，感光区323除了接收到D1和D2范围内的光线(即C1和C2范围内的光线经物体50反射后的光线)外，还会接收到由例如智能手机的显示屏的表面玻璃40的第一表面401和第二表面402所反射的光线。故在图9A所示的光学模块中，从发光元件31发出的光线仍有占接收功率约80％的光线会成为串话信号。
为更清楚地显示串话的现象，以图9B为例，图中标示出从发光元件31发出的串话光线分布范围边界为C3和C4，分别经由第二表面402反射后到达感光区的光线范围分布边界为D3和D4。换句话说，从发光元件31发出且介于C3和C4间的范围的光线可能经由第二表面402反射而到达感光区323，形成串话主要来源的部分。另外，第一表面401也会发生类似串话的反射，原理相似故不再赘述。
避免上述在接近度传感器中串话的最简便方法之一，即为加大发光元件与光学感测器的距离，以使光学感测器避开串话光线分布范围，以减少接收串话光线的机会。但加大发光元件与光学感测器的距离将增大整个接近度传感器的面积尺寸。
另一方面，随着行动装置的消费者使用需求，光学模块也面临须具备更多功能的市场需求，若欲将具有其它功能的元件加入光学模块时，如何以现今的单功能光学模块达到将元件整合至光学模块的制造需求，实为设计制造者的一大挑战。例如若要在现有单功能光学模块(如红外线式接近度传感器)中加入新的感测器(如气体传感器、压力感测器或紫外光感测器等)，最直接的方法，就是在原有的接近度传感器旁并接第二感测器，如此一来即面临两个问题：一、直接增加了整个感测模块的尺寸，如此并不利于应用此类感应模块的行动装置的轻薄短小的组装布局；二、整体感测模块的模封(encapsulating)制造问题，因为各感测器芯片所具有的操作物理特性而可能需要使用不同的封装材料来封装保护所述感测器芯片。因此，除了增加额外的模制(molding)步骤外，还需要另外订制模制所需的模具，也相对地提高制造成本和复杂度。
发明内容
本发明的实施例涉及一种光学模块。所述光学模块包括：载体、盖体、至少一个发光元件、至少一个第一感测器以及第二感测器。所述载体具有第一表面。所述盖***于第一表面上，且具有第一容置空间、第二容置空间和第三容置空间；所述第二容置空间位于第一容置空间与第三容置空间之间。至少一个发光元件位于第一表面上且位于第一容置空间中。至少一个第一感测器位于第一表面上且位于第二容置空间中。第二感测器位于第一表面上且位于第三容置空间中。
本发明的实施例涉及一种光学模块的制造方法，包括：提供载体，所述载体包含第一表面；将至少一个发光元件设置在第一表面上；将第二感测器设置在第一表面上；将至少一个第一感测器设置在第一表面上，且使至少一个第一感测器位于至少一个发光元件与第二感测器间；以及将具有第一容置空间、第二容置空间和第三容置空间的盖体固定在第一表面上，以使第一容置空间容纳第一封装体，第二容置空间容纳至少一个第一感测器，且第三容置空间容纳第二封装体。
本发明的实施例涉及一种电子装置，其包括光学模块以及透光板。所述光学模块包括：载体、盖体、至少一个发光元件、至少一个第一感测器以及第二感测器。所述载体具有第一表面。所述盖***于第一表面上，且具有第一容置空间、第二容置空间和第三容置空间；第二容置空间位于第一容置空间与第三容置空间之间。至少一个发光元件位于第一表面上且位于第一容置空间中。至少一个第一感测器位于第一表面上且位于第二容置空间中。第二感测器位于第一表面上且位于第三容置空间中。透光板位于光学模块上方。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的光学模块的剖面示意图。
图1A为图1所示的光学模块的俯视图。
图2为根据本发明的另一实施例的光学模块的剖面示意图。
图3为根据本发明的另一实施例的光学模块的剖面示意图。
图4为根据本发明的另一实施例的光学模块的剖面示意图。
图5为根据本发明的另一实施例的光学模块的剖面示意图。
图6为根据本发明的另一实施例的光学模块的剖面示意图。
图6A为图6所示的盖体的剖面示意图。
图7为根据本发明的另一实施例的光学模块的剖面示意图。
图8A-8D为制造根据本发明的实施例的光学模块的示意图。
图9A为常规光学模块的操作示意图。
图9B为常规光学模块的操作示意图。
图10为应用根据本发明的实施例包含图1、2、3、4、5、6、7或8的光学模块的电子装置的示意图。
具体实施方式
图1为根据本发明的实施例的光学模块的剖面示意图。参考图1，光学模块1可包含衬底10、盖体11、至少一个发光元件12、至少一个第一感测器13、第二感测器14、第一封装体15以及第二封装体16。
衬底10包含第一表面101。衬底10可以是或可以包含但不限于例如印刷电路板一类的载体(carrier)。衬底10中或表面上可包含布线(trace)、线结合焊垫(wire bond pad)及/或导通孔(via)。衬底10可由所属领域的技术人员所知可作为衬底的材料组成，可以包含但不限有机材料、高分子材料、硅、二氧化硅或其它硅化物。
盖体11位于第一表面101上。盖体11可包含第一侧壁110、第二侧壁111以及第三侧壁112。
第一侧壁110围绕或形成第一通孔A1。第二侧壁111围绕或形成第二通孔A2。第三侧壁112围绕或形成第三通孔A3。第二通孔A2位于第一通孔A1与第三通孔A3之间。第二侧壁111可阻挡发光元件12所发出的光线直接到达第二感测器14。
发光元件12位于第一表面101上且位于第一通孔A1中。发光元件12可以是但不限于例如发光二极管(light emitting diode，LED)。
第一感测器13位于第一表面101上且位于第二通孔A2中。第一感测器13可以是但不限于紫外光感测器(ultraviolet sensor)、温度感测器、压力感测器、湿度感测器、惯性力(inertial force)感测器、化学物种(chemical species)感测器、磁场感测器、辐射感测器等微机电***(Micro-electromechanical systems，MEMS)感测器。
第二感测器14位于第一表面101上且位于第三通孔A3中。第二感测器14可以是但不限于光学感测器，例如第二感测器14可为光电二极管(photodiode)或红外光感测器(Infrared detector)。
第一封装体15包覆发光元件12。第一封装体15可包含透镜部151。透镜部151位于发光元件12上方以增加发光效率。
第二封装体16包覆第二感测器14。第一封装体15和所述第二封装体16由可透光材料组成，透光材料可以是但不限于透明的环氧树酯(epoxy)。
图1A为图1所示的光学模块的俯视图。图1A显示光学模块1的盖体11固定在衬底10上方。盖体11的第一侧壁110围绕或形成第一通孔A1。盖体11的第二侧壁111围绕或形成第二通孔A2。盖体11的第三侧壁112围绕或形成第三通孔A3。第二通孔A2位于第一通孔A1与第三通孔A3之间。
图2为根据本发明的另一实施例的光学模块的剖面示意图。图2所示的光学模块2可相似于图1所示的光学模块1，不同之处在于第二侧壁111和第三侧壁112可包含凹槽113，且凹槽113中可包含但不限于可透光的光学板片117，例如由玻璃、陶瓷、高分子材料等所组成的滤光/偏光片(filter/polarizer)117。可在制作盖体11前将光学板片117预先置于制作盖体11的模具中，使得光学板片117可位于完成的盖体11的凹槽113中。
光学模块2与图1所示的光学模块1另一不同之处在于光学模块2可不包含第二封装体16。光学模块2的光学板片117除了可能具有滤光或偏光的效果外，还可保护位于其下方的第二感测器14，因此可不需要第二封装体16。
若第一感测器13为紫外光感测器，且第二感测器14为红外光感测器，可将允许紫外光和红外光的滤光片17放置在凹槽113中以利光学模块2的操作。可允许紫外光和红外光的滤光片17可使用例如石英玻璃(fused silica)的滤光片。
图3为根据本发明的另一实施例的光学模块的剖面示意图。图3所示的光学模块3可相似于图1所示的光学模块1，不同之处在于光学模块3的第二侧壁111上方可进一步包含第四侧壁114。第四侧壁114可自第二侧壁111顶部朝向第二通孔A2中心延伸并围绕或形成第四通孔A4。第四通孔A4的开口大小实质上小于第二通孔A2的开口大小。
第四侧壁114可由与盖体11或第二侧壁111相同或相异的材料所组成。第四侧壁114可保护位于其下方的第一感测器13。
若第一感测器13为压力感测器或气体感测器时，第四通孔A4仍可供气体流通以使第一感测器13能进行感测。
图4为根据本发明的另一实施例的光学模块的剖面示意图。图4所示的光学模块4可相似于图1所示的光学模块1，不同之处在于光学模块4的第二侧壁111上方可进一步包含第四侧壁114'。第四侧壁114'围绕或形成第四通孔A4。第四通孔A4的开口大小实质上大于第二通孔A2的开口大小。
连接所述第四侧壁114'底部和第二侧壁111顶部之处为支撑部115。
光学模块4可包含保护结构18，且保护结构18位于支撑部115上。保护结构18可由但不限于金属、玻璃或聚合物(polymer)等材料组成。若第一感测器13为紫外光感测器，可使用例如硅胶等聚合物所形成的保护结构18来保护第一感测器13并且允许紫外光通过保护结构18。
根据本发明的另一实施例，当第一感测器13为气体或压力感测器时，保护结构18可具有开孔(未图示)以利第一感测器13的操作。
图5为根据本发明的另一实施例的光学模块的剖面示意图。图5所示的光学模块5可相似于图1所示的光学模块1，不同之处在于光学模块5可包含第三封装体19。第三封装体19包覆第一感测器13。构成第三封装体19的材料可不同于构成第一封装体15或第二封装体16的材料。第三封装体19可包含但不限于硅胶。
举例来说，若第二感测器为压力感测芯片，则第三封装体19材质可能需要采用具有较高弹性的材料，例如硅胶，以确保压力感测芯片能感测到外部环境所施加的气压。
而由于环氧树酯(Epoxy)会吸收紫外光，故若第一感测器13为紫外光感测器，则使用环氧树酯做为第三封装体19可能会影响第一感测器13的运作。因此，还可选择不会吸收紫外光的硅胶作为第三封装体19。
虽然图5中未绘示，但所属领域的技术人员应知晓可使用具有粘性的材料，例如黑色的环氧树酯一类的粘胶，以将盖体11固定于衬底10，除了固定盖体功能外，尚有防止盖体11与衬底10之间出现缝隙时发光元件12会经由缝隙产生漏光导致第二感测器12或甚至是光学式的第一感测器13误动作的现象。
在使用粘胶将盖体11固定到衬底10时，将盖体11压合至衬底10时，粘胶可能受到盖体11的第二侧壁111底部的挤压而从第一通孔A1、第二通孔A2及/或第三通孔A3向上溢出。举例来说，在盖体11与衬底10使用粘胶的粘合工艺进行时，第一感测器13尚未经过任何模封保护工艺而使感测器芯片暴露在外，而在第二通孔A2的不透光粘胶受到盖体11挤压而向上满溢时很可能接触或覆盖到第一感测器13，将会影响第一感测器的感测上的操作效率，无论第一感测器13是气体感测器、光学感测器还是压力感测器都是这样。
图6为根据本发明的另一实施例的光学模块的剖面示意图。图6所示的光学模块6可相似于图5所示的光学模块5，不同之处在于光学模块5的盖体11的第二侧壁111底部具有导角111C。图6还进一步显示用于将盖体1固定在衬底10上的粘胶20。
导角111C可增加第二侧壁111底部与衬底10之间的空间。换句话说，导角111C可增加第二通孔A2的空间。导角111C和衬底10间有较大的空间容纳粘胶20以减少粘胶20溢出，避免因为溢出的粘胶20接触或覆盖到第一感测器13而影响光学模块6的操作。
导角111C的设计也可使包覆第二侧壁111底部的粘胶20的体积相较于使用不具有导角111C的盖体的光学模块为大。相对较多量的粘胶20可提升盖体11与衬底10之间的密合性。
图6A为图6所示的盖体的剖面示意图。图6A可更清楚地展示位于盖体11的第二侧壁111底部的导角111C。
图7为根据本发明的另一实施例的光学模块的剖面示意图。图7所示的光学模块7可相似于图2所示的光学模块2，不同之处在于光学模块7不包含第三侧壁112而仅包含第一侧壁110和第二侧壁111。至少一个发光元件12位于第一通孔A1中。至少一个第一感测器13和第二感测器14位于第二通孔A2中。
光学模块7的第一侧壁110和第二侧壁111可包含凹槽113，且凹槽113中可包含但不限于可透光的光学板片117，例如由玻璃、陶瓷、高分子材料等所组成的偏光或滤光片(filter/polarizer)117。可在制作盖体11前将光学板片117预先置于制作盖体11的模具中，使得光学板片117可位于完成的盖体11的凹槽113中。
图8A-8D为制造根据本发明的实施例的光学模块的示意图。参考图8A，可提供包含第一表面101的衬底10。
可将至少一个发光元件12、至少一个第一感测器13以及第二感测器14固定在第一表面101上，并且使至少一个第一感测器13位于至少一个发光元件12与第二感测器14之间。
图8B为图8A的俯视图。参考图8B，可将两个发光元件12、两个第一感测器13以及一第二感测器14固定在衬底10的第一表面101上，并且使感测器13位于发光元件12与第二感测器14之间。发光元件12可以是相同的发光芯片。根据本发明的另一实施例，发光元件12可以是不同的发光芯片，例如发光元件12可为红色发光二极管(redLED)，另一发光元件12可为以红外光发光二极管。
参考图8C，可使用但不限于环氧树脂形成第一封装体15以包覆至少一个发光元件12。
参考图8D，可使用但不限于环氧树脂形成第二封装体16以包覆所述第二感测器14。根据本发明的另一实施例，可先形成第二封装体16后再形成第一封装体15。根据本发明的另一实施例，可同时形成第一封装体15与第二封装体16。
可将如图1、1A、2、3、4、5、6或7所示，具有第一通孔A1、第二通孔A2和第三通孔A3的盖体11以粘胶(未图示)固定在衬底10的第一表面101上，以形成光学模块1、2、3、4、5、6或7。第一通孔A1容纳第一封装体15。第二通孔A2容纳至少一个第一感测器13。第三通孔A3容纳第二封装体16。
可使用注胶(dispensing)技术在图1所示的光学模块1的第二通孔A2中形成第三封装体19以包覆至少一个第一感测器13。使用注胶技术的至少一个优点为不需再变更制造第一封装体15和第二封装体16的模具，省去了研发新模具的成本。
综上实施例所述，本发明实施例还提出一种新的多功能光学模块的结构设计，使一般光学模块在加大发光元件与光学感测器的距离，以减少光学感测器接收到串话光线的机会时，可利用发光元件与光学感测器的间距放置入具另一功能的感测器。换句话说，本发明实施例提出可较一般单功能光学模块串话小、又具有较多感测功能的整合式光学模块。
图10为应用根据本发明的实施例包含图1、2、3、4、5、6、7或8的光学模块的电子装置的示意图。参考图10，电子装置8例如是但不限于智能手机、平板计算机等。电子装置8可包含但不限于图1、2、3、4、5、6、7或8所示的光学模块，以及圖1、2、3、4、5、6或7以及图9A所示的电子装置的表面玻璃40。
上述实施例仅说明本发明的原理及其功效，而非用以限制本发明。因此，所属领域的技术人员对上述实施例进行修改及变化仍不脱离本发明的精神。本发明的权利范围应如所附权利要求书所列。
Claims (20)
1.一种光学模块，其包括：
载体，所述载体具有第一表面；
盖体，所述盖***于所述第一表面上，所述盖体具有第一容置空间、第二容置空间和第三容置空间，所述第二容置空间位于第一容置空间与第三容置空间之间；
至少一个发光元件，所述至少一个发光元件位于所述第一表面上且位于所述第一容置空间中；
至少一个第一感测器，所述第一感测器位于所述第一表面上且位于所述第二容置空间中；以及
第二感测器，所述第二感测器位于所述第一表面上且位于所述第三容置空间中。
2.根据权利要求1所述的光学模块，其进一步包含第一封装体以及第二封装体，所述第一封装体包覆所述至少一个发光元件，所述第二封装体包覆所述第二感测器，所述第一封装体和所述第二封装体由可透光材料组成。
3.根据权利要求2所述的光学模块，其进一步包含第三封装体，所述第三封装体包覆所述至少一个第一感测器，且构成所述第三封装体的材料不同于构成所述第一封装体或所述第二封装体的材料。
4.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述盖体包含第一侧壁、第二侧壁以及第三侧壁，所述第一侧壁围绕所述第一容置空间，所述第二侧壁围绕所述第二容置空间，
所述第三侧壁围绕所述第三容置空间，凹槽形成在所述第二侧壁和所述第三侧壁中。
5.根据权利要求4所述的光学模块，其进一步包含光学板片，所述光学板片位于所述凹槽中。
6.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述盖体包含第一侧壁、第二侧壁以及第三侧壁，所述第一侧壁围绕所述第一容置空间，所述第二侧壁围绕所述第二容置空间，
所述第三侧壁围绕所述第三容置空间，所述第一侧壁、第二侧壁以及第三侧壁至少其中之一的底部具有导角。
7.根据权利要求6所述的光学模块，其中具有所述导角者为所述第二侧壁。
8.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述盖体包含第一侧壁、第二侧壁以及第三侧壁，所述第一侧壁围绕所述第一容置空间，所述第二侧壁围绕所述第二容置空间，所述第三侧壁围绕所述第三容置空间，所述盖体在所述第二侧壁上方进一步包含第四侧壁，所述第四侧壁围绕第四容置空间，所述第四容置空间的开口大小小于所述第二容置空间的开口大小。
9.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述盖体包含第一侧壁、第二侧壁以及第三侧壁，所述第一侧壁围绕所述第一容置空间，所述第二侧壁围绕所述第二容置空间，所述第三侧壁围绕所述第三容置空间，所述盖体在所述第二侧壁上方进一步包含第四侧壁，所述第四侧壁围绕第四容置空间，所述第四容置空间的开口大小大于所述第二容置空间的开口大小。
10.根据权利要求9所述的光学模块，其进一步包含支撑部，所述支撑部连接所述第四侧壁底部与所述第二侧壁顶部。
11.根据权利要求10所述的光学模块，其进一步包含保护结构，所述保护结构位于所述支撑部上。
12.一种光学模块的制造方法，其包含：
提供载体，所述载体包含第一表面；
将至少一个发光元件设置在所述第一表面上；
将第二感测器设置在所述第一表面上；
将至少一个第一感测器设置在所述第一表面上，且使所述至少一个第一感测器位于所述至少一个发光元件与所述第二感测器间；以及
将具有第一容置空间、第二容置空间和第三容置空间的盖体固定在所述第一表面上，以使所述第一容置空间容纳所述至少一个发光元件，所述第二容置空间容纳所述至少一个第一感测器，且所述第三容置空间容纳所述第二感测器。
13.根据权利要求12所述的光学模块制造方法，其进一步包含形成第一封装体以包覆所述至少一个发光元件；以及
形成第二封装体以包覆所述第二感测器。
14.根据权利要求12所述的光学模块制造方法，其进一步包含以注胶技术在第二容置空间形成第三封装体以包覆所述至少一个第一感测器。
15.一种电子装置，其包括：
光学模块，其包含：
载体，所述载体具有第一表面；
盖体，所述盖***于所述第一表面上，所述盖体具有第一容置空间、第二容置空间和第三容置空间，所述第二容置空间位于第一容置空间与第三容置空间之间；
至少一个发光元件，所述至少一个发光元件位于所述第一表面上且位于所述第一容置空间中；
至少一个第一感测器，所述第一感测器位于所述第一表面上且位于所述第二容置空间中；以及
第二感测器，所述第二感测器位于所述第一表面上且位于所述第三容置空间中。
16.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述光学模块进一步包含第一封装体以及
第二封装体，所述第一封装体包覆所述至少一个发光元件，所述第二封装体包覆所述第二感测器，所述第一封装体和所述第二封装体由可透光材料组成。
17.根据权利要求16所述的电子装置，其中所述光学模块进一步包含第三封装体，所述第三封装体包覆所述至少一个第一感测器，且构成所述第三封装体的材料不同于构成所述第一封装体或所述第二封装体的材料。
18.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述盖体包含第一侧壁、第二侧壁以及第三侧壁，所述第一侧壁围绕所述第一容置空间，所述第二侧壁围绕所述第二容置空间，所述第三侧壁围绕所述第三容置空间，所述第一侧壁、第二侧壁以及第三侧壁至少其中之一的底部具有导角。
19.根据权利要求18所述的电子装置，其中具有所述导角者为所述第二侧壁。
20.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述盖体包含第一侧壁、第二侧壁以及第三侧壁，所述第一侧壁围绕所述第一容置空间，所述第二侧壁围绕所述第二容置空间，所述第三侧壁围绕所述第三容置空间，所述盖体在所述第二侧壁上方进一步包含第四侧壁，所述第四侧壁围绕第四容置空间，所述第四容置空间的开口大小小于所述第二容置空间的开口大小。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |