TWI473287B - Optical sensing device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種感測裝置,特別是指一種用於偵測物體距離的光學感測裝置。
目前許多行動電話、數位相機或平板電腦等電子裝置均裝設微型光學感測裝置(光學近接感測器),用於偵測使用者或物體的距離。一般光學感測裝置包含一電路板、至少一個裝設於該電路板的發光元件(例如發光二極體)及至少一個裝設於該電路板並鄰近該發光元件的光感測器,且該發光元件及該光感測器藉由可透光的封裝層(例如環氧樹脂epxoy)覆蓋保護。該發光元件通常使用可發出紅外光的光源(例如紅外光發光二極體),光感測器偵測從鄰近物體反射回來的紅外光並轉換為感測訊號以判斷物體的遠近。在設計上,為了避免光感測器接收直接從發光元件發出的紅外光而造成錯誤偵測,在兩者之間必須以紅外線無法穿透的材料隔絕。
過去的做法是以可隔絕紅外光的硬質蓋板(通常是由金屬或塑膠材質製成)遮蓋光感測器與發光元件,且在對應光感測器與發光元件的位置設置開孔以供光線穿透,並令一形成於蓋板的擋片阻隔光感測器與發光元件之間的空間。但是上述蓋板通常是藉由人力或半自動化設備執行點膠、套蓋步驟以完成組裝程序,因此容易產生溢膠等問題,且需耗費較多時間。此外,由於光學感測裝置的尺寸較
小(長、寬、高僅數毫米),組裝蓋板時容易發生對位誤差或因對位誤差傷及其他構件,而影響光學感測裝置的製造良率(production yield)。
因此,本發明之目的,即在提供一種未使用一般硬質蓋板而能提升製造效率與製造良率的光學感測裝置。
於是,本發明光學感測裝置,包含一電路板、一發光單元、一發光單元、一光感測單元、一第一透光封裝體、一第二透光封裝體及一不透光封裝體。
該發光單元裝設且電連接於該電路板。該光感測單元裝設且電連接於該電路板,並間隔於該發光單元。該第一透光封裝體包覆該發光單元。該第二透光封裝體包覆該光感測單元並間隔於該第一透光封裝體。該不透光封裝體為灌注不透光膠體而形成,且覆蓋該第一透光封裝體與該第二透光封裝體並填充於該第一透光封裝體與該第二透光封裝體之間,該不透光封裝體對應該發光單元的頂面及該光感測單元的頂面處各形成一第一開孔與一第二開孔以供光線穿過。
較佳地,該第一透光封裝體具有一體成型的一第一覆蓋部與一第一聚光部,該第一覆蓋部包覆該發光單元,該第一聚光部匯聚該發光單元發出的光線且位於對應該第一開孔的位置;該第二透光封裝體具有一體成型的一第二覆蓋部及一第二聚光部,該第二覆蓋部包覆該光感測單元,該第二聚光部匯聚反射光線並位於對應該第二開孔的位置
。
較佳地,該第一聚光部概呈截頭圓錐型且頂面呈凹陷弧面,該第二聚光部概呈半球型而具有聚光效果。
本發明的另一目的,在提供上述光學感測裝置的製造方法。
本發明光學感測裝置的製造方法,包含以下步驟:(A)製備一電路板、一發光單元及一光感測單元;(B)將該發光單元及該光感測單元間隔地裝設且電連接於該電路板;(C)形成一包覆該發光單元的第一透光封裝體及一包覆該光感測單元的第二透光封裝體,且該第一透光封裝體與該第二透光封裝體彼此相間隔;及(D)灌注不透光膠體而形成一覆蓋該第一透光封裝體與該第二透光封裝體的不透光封裝體,該不透光封裝體填充於該第一透光封裝體與該第二透光封裝體之間,且於對應該發光單元的頂面及該光感測單元的頂面處各形成一第一開孔與一第二開孔。
較佳地,該第一、第二透光封裝體以可穿透光線的熱塑型材料製成,且該步驟(C)包括以下步驟:(C1)以模造成型法製作一共同覆蓋該發光單元與該光感測單元的透光封裝層;(C2)於該發光單元與該光感測單元之間的位置切割該透光封裝層,使該透光封裝層區分為該第一透光封裝體與該第二透光封裝體。
較佳地,該步驟(C2)是以晶圓切割技術或雷射切割技術執行切割程序。
較佳地,於步驟(C2)該切割程序是貫穿該透光封裝
層並同時切割該電路板而使該電路板形成一溝槽;於步驟(D)該不透光封裝體還填充於該溝槽內。
較佳地,於步驟(C)該第一透光封裝體具有一體成型的一第一覆蓋部與一第一聚光部,該第一覆蓋部包覆該發光單元,該第一聚光部匯聚該發光單元發出的光線;該第二透光封裝體具有一體成型的一第二覆蓋部與一第二聚光部,該第二覆蓋部包覆該光感測單元,該第二聚光部匯聚反射光線;於步驟(D)該第一開孔位於對應於該第一聚光部的位置,且該第二開孔位於對應於該第二聚光部的位置。
較佳地,該第一聚光部概呈截頭圓錐型且頂面呈凹陷弧面,該第二聚光部概呈半球型而具有聚光效果。
較佳地,於步驟(D)該不透光封裝體是由可阻擋光線穿透的熱塑型材料,藉由模造成型法直接形成、覆蓋於該第一透光封裝體、第二透光封裝體與該電路板。
較佳地,該光學感測裝置的製造方法還包含一介於步驟(C)與步驟(D)之間的步驟(E):設置一覆蓋該電路板、該第一透光封裝體及該第二透光封裝體的模具,該模具於該第一透光封裝體頂面對應該發光單元的位置及該第二透光封裝體頂面對應該光感測單元的位置各形成一隔離部,該模具配合該電路板、該第一透光封裝體及該第二透光封裝體界定出一中空腔室;於步驟(D)該不透光膠體灌注於該中空腔室而形成該不透光封裝體,且該等隔離部阻擋該不透光膠體流入而形成該第一開孔與該第二開孔。
本發明之功效在於:該不透光封裝體可避免該光感測單元直接接收該發光單元發出的光線,且該不透光封裝體是以模造成型法直接形成、覆蓋於該第一透光封裝體、第二透光封裝體與該電路板,而不需額外的組裝對位步驟,因此能提升光學感測裝置的製造效率及製造良率。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效,在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中,將可清楚的呈現。
參閱圖1與圖2為本發明光學感測裝置1的較佳實施例。光學感測裝置1可應用於行動電話、數位相機或平板電腦等電子裝置,用於偵測使用者或物品的距離。本實施例中,光學感測裝置1的長、寬、高尺寸為4.1 mm×2.4 mm×1.35 mm,屬於微型感測裝置,但上述尺寸可視需求而彈性調整,不限於本實施例揭露的尺寸。
光學感測裝置1包含一電路板2、一發光單元3、一光感測單元4、一第一透光封裝體51、一第二透光封裝體52、一不透光封裝體6及多條導線71。
發光單元3為一紅外光發光二極體,裝設於電路板2並藉由一條導線71電連接於該電路板2。光感測單元4裝設於電路板2間隔於發光單元3的位置,並藉由多條導線71電連接於該電路板2,可接收紅外光而產生用於判斷物體遠近的感測訊號。
第一透光封裝體51以透光之環氧樹脂(epoxy)製成,
設置於電路板2並包覆發光單元3。第二透光封裝體52以透光之環氧樹脂製成,設置於電路板2間隔於第一透光封裝體51的位置並包覆光感測單元4。不透光封裝體6由不透光之環氧樹脂(black epoxy)製成,覆蓋第一透光封裝體51與第二透光封裝體52並填充於第一透光封裝體51及第二透光封裝體52之間。此外,不透光封裝體6對應發光單元3的頂面與光感測單元4的頂面處各形成一第一開孔61與一第二開孔62以供光線穿過。
本實施例中,第一透光封裝體51具有一體成型的一第一覆蓋部511與一第一聚光部512。第一覆蓋部511概為長方體並包覆發光單元3以產生保護效果;第一聚光部512概呈截頭圓錐型且頂面呈凹陷弧面,並局部穿伸於第一開孔61內,可匯聚發光單元3發出的光線並散射於外。第二透光封裝體52具有一體成型的一第二覆蓋部521及一第二聚光部522,第二覆蓋部521概為長方體並包覆光感測單元4以產生保護效果;第二聚光部522概呈半球型且局部穿伸於第二開孔62內,具有匯聚反射光線的功效。
以下參閱圖3及相關圖式說明本發明光學感測裝置1的製造方法,該製造方法可如圖9所示,用於同步製造大量光學感測裝置1,但在圖4、5、6、7、8、10中僅顯示其中兩個進行說明。
步驟S1:將光感測單元4及發光單元3裝設並電連接於電路板2。
參閱圖4,將該等發光單元3及該等光感測單元4藉由
膠體(ink)間隔地黏著於一電路板2上,並分別藉由導線71電連接於電路板2。其中,兩相鄰的發光單元3與光感測單元4成對而形成其中一個光學感測裝置1。
步驟S2:形成透光封裝層5。
參閱圖5,將透光之熱塑型環氧樹脂藉由模造成型法,直接形成一層共同覆蓋該等發光單元3、該等光感測單元4及電路板2的透光封裝層5。
步驟S3:切割。
參閱圖5、圖6,於該等發光單元3與該等光感測單元4之間的位置,藉由晶圓切割技術或雷射切割技術從透光封裝層5的頂面進行切割程序。該切割程序是貫穿透光封裝層5而使透光封裝層5區分為包覆發光單元3的第一透光封裝體51及包覆光感測單元4的第二透光封裝體52,且於貫穿透光封裝層5後一併切割至電路板2而使電路板2的頂側形成溝槽21。
步驟S4:形成不透光封裝體6。
參閱圖7、圖8,安裝一覆蓋電路板2、該等第一透光封裝體51與該等第二透光封裝體52的模具72。該模具72於對應第一聚光部512的位置以及該等第二覆蓋部521頂面對應第二聚光部522的位置各形成一環狀隔離部73,對應第一聚光部512之隔離部73緊貼於第一聚光部512並罩蓋第一聚光部512鄰近頂面的部分,對應第二聚光部522之隔離部73緊貼於第二覆蓋部521且將第二聚光部522罩蓋其中。據此,模具72配合電路板2、該等第一透光封裝
體51及該第二透光封裝體52界定出一中空腔室74。
而後,將不透光之熱塑型環氧樹脂(black epoxy)灌注於中空腔室74中,待環氧樹脂固化成型後移除模具72,便形成不透光封裝體6。該不透光封裝體6覆蓋電路板2、第一覆蓋部511、第二覆蓋部521,且覆蓋第一聚光部512的部分表面,此外還填充於第一覆蓋部511與第二覆蓋部521之間,並填滿電路板2頂面的溝槽21。另一方面,由於模具72的隔離部73阻擋環氧樹脂流入,不透光封裝體6於對應發光單元3的頂面及光感測單元4的頂面處形成第一開孔61與第二開孔62。
步驟S5:切割分離。
參閱圖9、圖10,本實施例的製造方法是運用於同步製造多個光學感測裝置1,因此最終需要藉由晶圓切割技術或雷射切割技術執行切割步驟,而將多個同步製造的光學感測裝置1分離為獨立裝置。
依上述內容製造的光學感測裝置1,其發光單元3發出一紅外光,該紅外光穿透第一覆蓋部511、第一聚光部512而照射於鄰近光學感測裝置1的使用者或物體,隨後反射自使用者或物體的紅外光透過第二聚光部522、第二覆蓋部521而被光測單元4接收,並進一步轉換為用於判斷物體遠近的偵測信號。不透光封裝體6則能阻隔光線的穿透,並避免光感測單元4直接接收發光單元3發出的紅外光。
綜上所述,本發明藉由上述技術,可同步製造多個不透光封裝體6且無須執行後續的組裝、對位程序,能提升
光學感測裝置1的製造效率及製造良率,故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧光學感測裝置
2‧‧‧電路板
21‧‧‧溝槽
3‧‧‧發光單元
4‧‧‧光感測單元
5‧‧‧透光封裝層
51‧‧‧第一透光封裝體
511‧‧‧第一覆蓋部
512‧‧‧第一聚光部
52‧‧‧第二透光封裝體
521‧‧‧第二覆蓋部
522‧‧‧第二聚光部
6‧‧‧不透光封裝體
61‧‧‧第一開孔
62‧‧‧第二開孔
71‧‧‧導線
72‧‧‧模具
73‧‧‧隔離部
74‧‧‧腔室
圖1是一立體圖,說明本發明光學感測裝置的較佳實施例;圖2是該較佳實施例的剖視圖;圖3是一流程圖,說明本發明光學感測裝置之製造方法的流程步驟;圖4是一示意圖,說明將發光單元及光感測單元裝設於一電路板;圖5是一示意圖,說明一透光封裝層之形成;圖6是一示意圖,說明對該透光封裝層及該電路板進行切割程序;圖7是一示意圖,說明一模具的安裝態樣;圖8是一示意圖,說明一不透光封裝體的形成;圖9是同時製造多個光學感測裝置的示意圖;及圖10是一示意圖,說明將製造完成的兩個光學感測裝置切割分離。
S1~S5‧‧‧流程步驟
Claims (7)
- 一種光學感測裝置,包含:一電路板;一發光單元,裝設且電連接於該電路板;一光感測單元,裝設且電連接於該電路板,並間隔於該發光單元;一第一透光封裝體,具有一體成型的一第一覆蓋部與一第一聚光部,該第一覆蓋部包覆該發光單元,該第一聚光部匯聚該發光單元發出的光線;一第二透光封裝體,間隔於該第一透光封裝體,並具有一體成型的一第二覆蓋部及一第二聚光部,該第二覆蓋部包覆該光感測單元,該第二聚光部匯聚反射光線;及一不透光封裝體,灌注不透光膠體而形成,覆蓋該第一透光封裝體與該第二透光封裝體並填充於該第一透光封裝體與該第二透光封裝體之間,該不透光封裝體對應該發光單元的頂面及該光感測單元的頂面處各形成一第一開孔與一第二開孔以供光線穿過,該第一開孔係對應於該第一聚光部的位置,該第二開孔係對應於該第二聚光部的位置。
- 根據申請專利範圍第1項所述之光學感測裝置,其中,該第一聚光部概呈截頭圓錐型且頂面呈凹陷弧面,該第二聚光部概呈半球型而具有聚光效果。
- 一種光學感測裝置的製造方法,包含以下步驟: (A)製備一電路板、一發光單元及一光感測單元;(B)將該發光單元及該光感測單元間隔地裝設且電連接於該電路板;(C1)藉由可穿透光線的熱塑性材料,以模造成型法製作一共同覆蓋該發光單元與該光感測單元的透光封裝層;(C2)於該發光單元與該光感測單元之間的位置貫穿切割該透光封裝層並同時切割該電路板,使該透光封裝層區分為相互間隔的一第一透光封裝體與一第二透光封裝體,並使該電路板形成一溝槽;(D)灌注不透光膠體而形成一覆蓋該第一透光封裝體與該第二透光封裝體的不透光封裝體,該不透光封裝體填充於該第一透光封裝體與該第二透光封裝體之間並且填充於該溝槽,且於對應該發光單元的頂面及該光感測單元的頂面處各形成一第一開孔與一第二開孔。
- 根據申請專利範圍第3項所述之光學感測裝置的製造方法,其中,於步驟(D)該不透光封裝體是由可阻擋光線穿透的熱塑型材料,藉由模造成型法直接形成、覆蓋於該第一透光封裝體、第二透光封裝體與該電路板。
- 根據申請專利範圍第3項所述之光學感測裝置的製造方法,還包含一介於步驟(C2)與步驟(D)之間的步驟(E):設置一覆蓋該電路板、該第一透光封裝體及該第二透光封裝體的模具,該模具於該第一透光封裝體頂面 對應該發光單元的位置及該第二透光封裝體頂面對應該光感測單元的位置各形成一環狀隔離部,該模具配合該電路板、該第一透光封裝體及該第二透光封裝體界定出一中空腔室;於步驟(D)該不透光膠體灌注於該中空腔室而形成該不透光封裝體,且該等隔離部阻擋該不透光膠體流入而形成該第一開孔與該第二開孔。
- 一種光學感測裝置的製造方法,包含以下步驟:(A)製備一電路板、一發光單元及一光感測單元;(B)將該發光單元及該光感測單元間隔地裝設且電連接於該電路板;(C)形成一包覆該發光單元的第一透光封裝體及一包覆該光感測單元並間隔於該第一透光封裝體的第二透光封裝體,該第一透光封裝體具有一體成型的一第一覆蓋部與一第一聚光部,該第一覆蓋部包覆該發光單元,該第一聚光部匯聚該發光單元發出的光線;該第二透光封裝體具有一體成型的一第二覆蓋部與一第二聚光部,該第二覆蓋部包覆該光感測單元,該第二聚光部匯聚反射光線;及(D)灌注不透光膠體而形成一覆蓋該第一透光封裝體與該第二透光封裝體的不透光封裝體,該不透光封裝體填充於該第一透光封裝體與該第二透光封裝體之間,且於對應該發光單元的頂面及該光感測單元的頂面處各形成一第一開孔與一第二開孔,該第一開孔位於對應 於該第一聚光部的位置,且該第二開孔位於對應於該第二聚光部的位置。
- 根據申請專利範圍第6項所述之光學感測裝置的製造方法,其中,該第一聚光部概呈截頭圓錐型且頂面呈凹陷弧面,該第二聚光部概呈半球型而具有聚光效果。
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TW201351675A (zh) | 2013-12-16 |
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