CN106932879A - 光学器件封装及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
在一方面中，一种光学器件包含衬底、安装在所述衬底的顶表面上的光源及附接到所述衬底的所述顶表面的盖，所述盖定义出定位在所述光源上方的反射杯。在另一方面中，一种光学器件包含衬底、安置在所述衬底上的光源及安置在所述衬底上的盖。所述盖定义出用于聚集及传递来自所述光源的光的反射杯。所述光学器件进一步包含形成于所述反射杯的内侧壁上的用于反射来自所述光源的所述光的镀膜。所述镀膜包含底涂层、反射层及保护层。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学器件封装及一种制造所述光学器件封装的方法。具体来说，本发明涉及一种具有光源的光学器件封装及一种制造所述光学器件封装的方法。
背景技术
受到至少部分地对于较小大小及更佳的处理速度的需求推动，光学器件已逐渐变得更为复杂。同时，需要进一步小型化含有这些光学器件的电子产品。光学器件封装的性能可能因小型化而产生不利影响。因此，在当光学装置封装的尺寸被缩小时，同时能够减低对装置效能的影响是被需要的。
发明内容
在一方面中，一种光学器件包括衬底、安装在所述衬底的顶表面上的光源及附接到所述衬底的所述顶表面的盖，所述盖定义出定位在所述光源上方的反射杯。
在另一方面中，一种光学器件包括衬底、安置在所述衬底上的光源及安置在所述衬底上的盖。所述盖定义出用于聚集及传递来自所述光源的光的反射杯。所述光学器件进一步包含形成于所述反射杯的内侧壁上的用于反射来自所述光源的所述光的镀膜。所述镀膜包含底涂层、反射层及保护层。
在另一方面中，一种盖结构包含上部部分、下部部分及与所述上部部分及所述下部部分整体地形成的中间部分，所述上部部分及所述中间部分定义出反射杯，且所述中间部分定义出至少一个凹槽。反射镀膜覆盖所述上部部分中的所述反射杯的内侧壁，且覆盖所述中间部分中的所述内侧壁的至少一部分。
附图说明
图1A为根据本发明的一实施例的光学器件封装的透视图。
图1B为沿着横越图1A的光学器件封装的线AA的横截面图。
图1C为图1A的光学器件封装的透视图。
图2A为根据本发明的一实施例的光学器件封装的俯视图。
图2B为沿着横越图2A的光学器件封装的线BB'的横截面图。
图3A、图3B、图3C及图3D说明根据本发明的一实施例的制造光学器件封装的方法。
图4A为根据本发明的一实施例的光学器件封装的透视图。
图4B为图4A的光学器件封装的横截面图。
图5为根据本发明的一实施例的用于制造图1A的光学器件封装的盖的模具的透视图。
图6为根据本发明的一实施例的光学器件封装的俯视图。
图7为根据本发明的一实施例的反射镀膜的横截面图。
图8为根据本发明的一实施例的反射镀膜的透视图。
图9针对不同入射角提供光的反射率的模拟结果。
贯穿所述图式及具体实施方式使用共同参考数字以指示相同或类似元件。本发明的实施例将从结合随附图式的以下具体实施方式更显而易见。
具体实施方式
本发明中描述用于提供具有经缩减封装大小的器件的技术。所述技术为具成本效益的且与封装使用光源(例如发光二极管(LED)或其它光源)的照明器件相容。
空间描述，例如“上面”、“下面”、“向上”、“左侧”、“右侧”、“向下”、“顶部”、“底部”、“垂直”、“水平”、“侧部”、“高于”、“下部”、“上部”、“上方”、“下方”等相对于图中所展示的定向而指示，除非另外规定。应理解，本文中所使用的空间描述仅出于说明的目的，且本文中所描述的结构的实际实施可以任何定向或方式在空间上布置，其限制条件为本发明的实施例的优点不因此布置而有偏差。
图1A为根据本发明的一实施例的光学器件封装1的透视图。所述光学器件封装1包含衬底10、盖40(其可为外壳)、光源20(例如，LED裸片或垂直腔表面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，简称VCSEL)裸片)、裸片接合垫13及连接线11。盖40定义出反射杯42。反射镀膜402安置在反射杯42的内侧壁401上，且一或多个凹槽22经定义出于反射杯42中。
图1B为沿着横越图1A的光学器件封装1的剖面线AA'的横截面图。如图1B中所展示，光学器件封装1进一步包含导电垫16。同样如图1B中由虚线展示，盖40包含上部部分421、下部部分422及中间部分423。在凹槽22中，上部部分221包含下表面424。中间部分423包含凹槽22内的内表面426，且进一步包含下表面425。下部部分422包含内表面427。反射杯42为允许来自光源20的光传递通过盖40的孔径。反射杯42在盖40的顶表面与中间部分423的下表面425之间延伸。反射杯42的内侧壁401从盖40的顶表面延伸到中间部分423的下表面425，且除在所述凹槽22处之***绕反射杯42的圆周延伸。反射镀膜402沿着上部部分421安置在反射杯42的内侧壁401上。在一或多个实施例中，反射镀膜402还沿着中间部分423的部分或全部安置在反射杯42的内侧壁401上。在一或多个实施例中，反射镀膜402进一步安置在凹槽22中的中间部分423的内表面426上。
光源20经接合在衬底10的顶表面上。衬底10可为引线框架、有机衬底、半导体衬底、玻璃衬底、陶瓷衬底、內埋式衬底、具有有源组件形成于其上的裸片，或其它合适衬底。裸片接合垫13形成于光源20的顶表面上。连接线11的端子接合到且经由晶粒接合垫13电耦接至光源20，且连接线11的另一端子接合到导电垫16并经由导电垫16电耦合到衬底10。连接线11及裸片接合垫13可各自包含铜(Cu)、铝(Al)或其它合适材料中的一者或组合。连接线11的线弧部分在反射杯42内延伸，使得连接线11的线弧部分的最高点高于反射杯42的中间部分423的下表面425。
盖40在盖40的下部部分422的底表面处附接到衬底10的顶表面。盖40及衬底10一起形成用以容纳光源20及连接线11的空间。盖40可包含金属、塑料或其它合适材料。在一或多个实施例中，光源20具有几何中心轴线且反射杯42具有几何中心轴线，且光源20的几何中心轴线与反射杯42的几何中心轴线对准。在一或多个实施例中，中间部分423的下表面425实质上与光源20的顶表面共面。在一或多个实施例中，中间部分423的下表面425低于光源20的顶表面。
凹槽22容许连接线11位于缺口区域中而通过反射杯42来使得盖40能够有相对较低的高度(且因此光学器件封装1有较低的高度)。因此，举例来说，当缩减封装高度时，凹槽22的形状可容纳连接线11，使得连接线11将不触碰盖40而造成短路。此外，因为连接线11由凹槽22容纳，因此盖40将不使连接线11变形。如可看出，凹槽22允许反射杯42较接近于光源20的发光表面，因此增加反射杯42的光聚集效应。
反射杯42的横截面周边可为圆形、椭圆形或其它形状。反射杯42的横截面周边在盖40的顶表面与中间部分423的下表面425之间可不同。举例来说，顶部部分421的半径可大于不在凹槽22处的中间部分423的半径。对于另一实例，如图1B中所说明，反射杯42的内侧壁401可从盖40的顶表面向内倾斜到中间部分423的下表面425。此内侧壁倾斜的斜率可为一致的，使得反射杯42为圆锥形形状。在一或多个实施例中，内侧壁401的倾斜的斜率并非一致的，例如由抛物线方程式定义出的弯曲表面。
内侧壁401上的反射镀膜402可为或可包含经抛光金属材料、具有金属涂层的塑料材料或其它合适反射性材料。经抛光金属材料或金属涂料的实例包含Al、Cu、金(Au)或银(Ag)，或其合金或其它合适金属或合金。反射镀膜402增加内侧壁401的反射率。反射镀膜402反射并会聚来自光源20的光。经由材料的选择以形成反射镀膜402及/或通过改进反射镀膜402的平滑度，可增加反射镀膜402的反射率同时可缩减反射镀膜402的散射。反射镀膜402可具有多层结构。反射镀膜402的多层结构可包含(例如)底涂层、金属层及保护层。反射杯42内可以再填入透明材质以形成透镜，以增加光集中之效率。
图1C为展示反射杯42的实施例的图1A的光学器件封装1的透视图。从光源20发射的光传递通过反射杯42，且由内侧壁401上的反射镀膜402反射。举例来说，如图1C中所说明，光经反射到光学器件封装1上面的区70且经聚焦在所述区70内。区70可为但不限于圆形区，且部分地由反射杯42的形状定义出。从光源20发射的大部分光可经由反射杯42的表面曲率的设计及盖40的上部部分421、下部部分422及中间部分423的相对比例而聚集在区70处，或聚集在反射杯42上面的另一区处。
图2A为根据本发明的一实施例的光学器件封装2的俯视图。
图2B为沿着横越图2A的光学器件封装2的线BB'的横截面图。光学器件封装2包含衬底10、光源20、裸片接合垫13、连接线11及涂镀膜44。衬底10定义出两个孔52及54。两个孔52及54彼此分隔。孔52的深度大于孔54的深度，孔52的容积大于孔54的容积，且孔52的侧壁的表面积大于孔54的侧壁的表面积。衬底10可包含金属、塑料或其它合适材料。在制造光学器件封装2之后，将保护黏胶层(图2B中未展示)注入到孔52及54中。
涂镀膜44安置在衬底10的表面上。光源20安置在孔52的底表面处的涂镀膜44上。裸片接合垫13形成于光源20的顶表面上。连接线11的端子在光源20上接合且经由裸片接合垫13电耦合到光源20，且连接线11的另一端子传递通过衬底10的突起56并在孔54的底表面处电耦合到衬底10。孔52的表面充当用于光源20的反射杯。
图3A到3D说明根据本发明的一实施例的制造光学器件封装的方法。参考图3A，提供衬底10。衬底10可为引线框架、有机衬底、半导体衬底、玻璃衬底、陶瓷衬底、內埋式衬底、具有有源组件形成于其上的裸片，或其它合适衬底。光源20(例如，LED裸片或VCSEL裸片)定位于衬底10的顶表面上且使用裸片接合技术接合。裸片接合垫13接着附接在光源20的顶表面上。连接线11的端子使用线接合技术接合到裸片接合垫13。连接线11的另一端子使用线接合技术接合到衬底10。
参考图3B，黏胶层60经分配在衬底10的顶表面上。
参考图3C，制备好的盖40(其可为外壳)。盖40可包含金属、塑料、或其它合适材料。盖40包含上部部分421、下部部分422及中间部分423。上部部分421及中间部分423定义出反射杯42及一或多个凹槽22。凹槽22经定义出于中间部分423中，且包含上表面424。反射杯42从盖40的顶表面延伸到中间部分423的下表面425。反射杯42的内侧壁401从盖40的顶表面延伸到中间部分423的下表面425，除定义出凹槽22的地点之外。在盖40的顶表面处的反射杯42的半径大于不在凹槽22处的中间部分423的下表面425处的反射杯的半径。反射镀膜402经涂布在盖40的内侧壁401上。反射镀膜402可为多层结构，例如使用涂层技术形成的多层结构。
参考图3D，盖40定位于黏胶层60上且通过黏胶层60附接到衬底10的顶表面。反射杯42通过(例如)对准技术安置于光源20上面。光源20具有几何中心轴线且反射杯42具有几何中心轴线，且光源20的几何中心轴线与反射杯42的几何中心轴线对准。因此获得光学器件封装1(例如，图1A及1B的光学器件封装1)。
与其他实施例比较，图3D的光学器件封装1相较于图2B中的光学器件封装2可具有显著较小高度及/或容积。在图2B中，侧向空间应保留在孔52的底部处以允许孔52内的光源20的适当对准。相比来说，在图3D中，盖40在光源20上方对准，且不必围绕光源20保留用于放置光源20的侧向空间。因此，如图3D中所展示的全部光学器件封装1大小的容积可为图2B的光学器件封装2的封装大小的约40％。另外，如图3D中所展示的光学器件封装1的高度可为图2B的光学器件封装2的封装大小的约84％。此外，如图3D中所展示的光学器件封装1可以不需要关于图2B的光学器件封装2所描述的保护黏胶层。因此，可缩减制造过程的复杂性及成本。
图4A为根据本发明的一实施例的图3D的光学器件封装1的透视图。从反射杯42的几何中心轴线到中间部分423(不在凹槽22处)的下表面425处的内侧壁401的周边的半径具有一长度C1，且从反射杯42的几何中心轴线到盖40的顶表面处的内侧壁401的周边的半径具有一长度C1+C2。因此，盖40的顶表面处的反射杯42的半径大于中间部分423的下表面425处的反射杯42的半径。传递通过反射杯42且聚焦在区(例如，图1C中的区70)上的能量的优化可经由调整长度C1与C2的比率获得。在一个非限制性实例中，长度C1+C2比C1大约25％，且更一般来说，C1+C2与C1的比率可为约1.05或更大、约1.1或更大、约1.15或更大、约1.2或更大，或约1.25或更大。另外，当长度C1大于光源20的顶表面的半径时，光发射的效率将增加。
图4B为根据本发明的一实施例的图4A的光学器件封装1的横截面图。高度H1经定义出为盖40的上部部分421与中间部分423的经组合高度。高度H2经定义出为从光源20的顶表面到盖40的中间部分423的下表面425。光聚集效应将随着高度H2缩减而增加。在一或多个实施例中，高度H2为负值(即，光源20的顶表面位于盖40的中间部分423的下表面425上面，使得光源20的一部分位于反射杯42内)。用于负高度H2的光发射的效率可大于用于正高度H2的光发射的效率。
图5为用于制造图1A的光学器件封装1的盖40的模具5的立体图。模具5具有侧壁部分501、底部部分503、凸起条形物504及杯状物成形部分502。在制造盖40期间，加热且熔融模制材料。将经熔融模制材料填充到在凸起条形物504上方且围绕杯状物成形部分502的模具5的凹槽中。即，将经熔融模制材料填充到侧壁部分501与杯状物成形部分502之间的间隔505中。模制材料可包含聚丙烯(PP)、液晶聚合物(LCP)或其它合适材料。在间隔505填充有经熔融模制材料之后，所述经熔融模制材料固化。底部部分503上的杯状物成形部分502及凸起条形物504分别用于形成光学器件封装1(例如，如图1A中所展示)的反射杯42及一或多个凹槽22。杯状物成形部分502的形状、高度、宽度、长度或横截面积或轮廓可针对其它光学器件封装加以调整。凸起条形物504的形状、高度、宽度、长度或横截面积或轮廓可经调整以达成所要凹槽大小及形状。举例来说，可缩短凸起条形物504的长度，或移位凸起条形物504，使得形成一个凹槽22而非两个。参考图5，图1A的两个凹槽22经展示为对称的(即，凸起条形物504在模制阶段期间在杯状物成形部分502的下方定中心)；然而，非对称凹槽22也在本发明的范围内。在一实施例中，凹槽22可通过金属蚀刻或激光钻孔技术制成；然而，制造过程的复杂性及成本将因此增加。
图6为根据本发明的一实施例的光学器件封装6的俯视图。光学器件封装6的结构类似于光学器件封装1的结构，除了盖40'(其可为外壳)定义出两个反射杯42之外。图6中所展示的布置用于封装两个光源20。光学器件封装6包含衬底10、盖40'、两个裸片接合垫13、两个连接线11及两个导电垫16。所述概念可经进一步扩展以封装多于两个光源20。盖40'的反射杯42中的一或多者的结构可类似于光学器件封装1的盖40的反射杯42的结构。在图6的实施例中，两个连接线11及两个导电垫16经布置成朝向光学器件封装6的中心且不接触彼此。
图7为根据本发明的一实施例的反射镀膜402的横截面图。反射镀膜402形成于内侧壁401上。内侧壁401的表面相较于反射镀膜402相对粗糙。在此实施例中，反射镀膜402具有包含底涂层72、金属层74及保护层76的多层结构。底涂层72可包含热固性聚合物或塑料。内侧壁401可包含热塑性聚合物或塑料。金属层可包含Au、Ag、Al、Cu、其合金，或其它合适金属或合金。底涂层72可增加金属层74的粘着力(即，底涂层72与金属层74之间的最小粘着力)。底涂层72可改进多层结构的平滑度以用于经改进的反射率。举例来说，底涂层72的涂层可将反射镀膜402的表面处的反射率增加约10％。保护层76还可通过避免氧化反应、水分及其它侵蚀来保护多层结构，进而增加反射镀膜402的可靠性。
图8为根据本发明的另一实施例的反射镀膜78。反射镀膜78具有多层反射器结构，所述多层反射器结构包含金属层74、一或多个低折射率层82及一或多个高折射率层84。金属层74可包含Au、Ag、Al、Cu、其合金，或其它合适金属或合金。高折射率层84安置在金属层74上。低折射率层82安置在高折射率层84上；且高折射率层84与低折射率层84一起形成层对。低折射率层82可包含(例如)二氧化硅(SiO2)或其它合适合金材料，例如具有小于约2的折射率的合金材料。高折射率层84可包含(例如)五氧化铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)或其它合适合金材料，例如具有约2或更大的折射率的合金材料。层对的布置可增加反射率。举例来说，交替层对(每一交替层对包含高折射率层84及低折射率层82)可将每层对的反射率增加约0.5％。
图9提供来自如图8中所展示的多层反射器结构78上的不同入射角的光的反射率的模拟结果92、94、96及98。曲线92表示当光入射在不具有多层反射器结构78的层对的金属层上且由所述金属层反射时对应于不同入射角的反射率。曲线94表示当光入射在包含安置在金属层74上的一个低折射率层82及安置在低折射率层82上的一个高折射率层84的比较结构上时对应于不同入射角的反射率。曲线96表示当光入射在包含安置在金属层74上的一个高折射率层84及安置在高折射率层84上的一个低折射率层82的一个层对的多层反射器结构78上时对应于不同入射角的反射率，所述曲线96展示约5％的反射率的增加。曲线98表示当光入射在包含依序堆叠在金属层74(例如，如图8中所展示)上的高折射率层84及低折射率层82的两个层对的多层反射器结构78上时对应于不同入射角的反射率，所述曲线98展示反射率的另一增加。随着多层反射器结构78中的层对的数目增加，反射率会增加。
除了关于图8及9所说明且描述的层对及金属层74之外，多层结构78还可包含底涂层及/或保护层，例如关于图7所描述的底涂层及/或保护层。举例来说，多层结构78可包含底涂层、安置在底涂层上的反射层(金属层74)、安置在反射层上的一或多个层对，及安置在层对上的保护层。
如本文中所使用，术语“大约”、“基本上”、“基本的”及“约”用以描述及考虑小变化。当与事件或情形结合使用时，术语可指其中事件或情形明确发生的例子以及其中事件或情形极近似于发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指小于或等于数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或者小于或等于±0.05％的变化范围。
如果表面之间的任何位移不超过10μm，例如不超过8μm、不超过5μm或不超过1μm，那么可认为表面“基本上共面”或“共面”。
尽管已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但这些描述及说明并不限制本发明。所属领域的技术人员应理解，在不脱离如由所附权利要求书定义出的本发明的真实精神及范围的情况下，可作出各种改变且可取代等效物。说明可不必按比例绘制。归因于制造过程及容限，本发明中的艺术再现与实际设备之间可存在区别。可存在并未特定说明的本发明的其它实施例。应将本说明书及图式视为说明性而非限制性的。可做出修改，以使具体情形、材料、物质组成、方法或过程适应于本发明的目标、精神及范围。所有此类修改意欲在此处随附的权利要求书的范围内。尽管已参考按具体次序执行的具体操作来描述本文中所揭示的方法，但应理解，在不脱离本发明的教示的情况下，可组合、再细分，或重新定序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特定地指示，否则操作的次序及分组并非本发明的限制。
Claims (20)
1.一种光学器件，其包括：
衬底；
安装在所述衬底的顶表面上的第一光源；
附接到所述衬底的所述顶表面的盖，所述盖定义出一第一反射杯位在所述第一光源上方。
2.根据权利要求1所述的光学器件，其进一步包括所述一第一反射杯的内侧壁上的反射镀膜。
3.根据权利要求2所述的光学器件，其中所述反射镀膜包括低折射率层及高折射率层。
4.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述第一光源具有几何中心轴线且所述一第一反射杯具有几何中心轴线，且所述第一光源的所述几何中心轴线与所述一第一反射杯的所述几何中心轴线对准。
5.根据权利要求1所述的光学器件，其进一步包括第二光源，其中所述盖进一步定义出邻近于所述一第一反射杯的第二反射杯。
6.根据权利要求1所述的光学器件，其进一步包括连接线，其中所述盖定义出用于收纳所述连接线使得所述连接线与所述盖间隔开的第一凹槽。
7.根据权利要求6所述的光学器件，其中所述盖进一步定义出第二凹槽，其中相对于所述一第一反射杯的几何中心轴线对称地安置所述第一凹槽及所述第二凹槽。
8.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述盖包括上部部分、下部部分及中间部分，所述一第一反射杯由所述上部部分及所述中间部分定义出，且所述中间部分的下部表面与所述第一光源的顶表面共面。
9.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述盖包括上部部分、下部部分及中间部分，所述一第一反射杯由所述上部部分及所述中间部分定义出，且所述第一光源的顶表面位于所述中间部分的下部表面上面。
10.一种光学器件，其包括：
衬底；
安置在所述衬底上的第一光源；
安置在所述衬底上的盖，所述盖定义出用于聚集及传递来自所述第一光源的光的一第一反射杯；
形成于所述一第一反射杯的内侧壁上的用于反射来自所述第一光源的所述光的镀膜，所述镀膜包括底涂层、反射层及保护层。
11.根据权利要求10所述的光学器件，其中所述底涂层包含热固性聚合物，且所述盖包含热塑性聚合物。
12.根据权利要求10所述的光学器件，其中所述镀膜进一步包括低折射率层及高折射率层。
13.根据权利要求10所述的光学器件，其中所述镀膜进一步包括两个或多于两个层对，且每一层对包括低折射率层及高折射率层。
14.根据权利要求10所述的光学器件，其中所述第一光源具有几何中心轴线且所述一第一反射杯具有几何中心轴线，且所述第一光源的所述几何中心轴线与所述一第一反射杯的所述几何中心轴线对准。
15.根据权利要求10所述的光学器件，其进一步包括第二光源，其中所述盖进一步定义出用于传递来自所述第二光源的光的第二反射杯，所述第二反射杯具有用于反射来自所述第二光源的所述光的内侧壁，其中所述第二光源具有几何中心轴线且所述第二反射杯具有几何中心轴线，且所述第二光源的所述几何中心轴线与所述第二反射杯的所述几何中心轴线对准。
16.根据权利要求10所述的光学器件，其中所述盖与所述反射性杯状物整体地形成。
17.根据权利要求10所述的光学器件，其进一步包括电耦合到所述第一光源及所述衬底的连接线，其中所述连接线的线弧延伸到所述一第一反射杯中。
18.根据权利要求17所述的光学器件，其中所述盖包括上部部分、下部部分及中间部分，所述一第一反射杯由所述上部部分及所述中间部分定义出，且所述连接线的所述线弧的最高点高于所述中间部分的下表面。
19.一种盖结构，其包括：
上部部分、下部部分及与所述上部部分及所述下部部分整体地形成的中间部分，所述上部部分及所述中间部分定义出反射性杯状物，且所述中间部分定义出至少一个凹槽；
反射镀膜，其覆盖所述上部部分中的所述反射性杯状物的内侧壁且覆盖所述中间部分中的所述内侧壁的至少一部分。
20.根据权利要求19所述的盖结构，其中所述镀膜包括热固性聚合物的底涂层，且其中所述盖包括热塑性聚合物。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |