TWI504013B - 感應器單元的製造方法 - Google Patents

Description

感應器單元的製造方法

本發明是有關於一種感應器單元的製造方法，尤其是指一種透過兩次模製成型且利用封裝頂板的製程所形成之感應器單元的製造方法。

隨著電子產品的發展，許多類型之輸入裝置目前可用於在電子系統內實行操作，例如按鈕或按鍵、滑鼠、軌跡球、觸控螢幕等等。而近來觸控螢幕的應用越來越普遍，觸控螢幕可包括觸控面板，其可為具有觸敏表面之透明面板，以便作業表面覆蓋於顯示螢幕之可檢視區域。觸控螢幕允許使用者藉由手指或觸控筆觸控顯示螢幕作出選擇並移動游標，並根據觸控事件達成運算動作。而紅外光之近接式感測器(IR proximity sensor)則大量應用於手持式通訊裝置上，以用於偵測使用者的臉部與顯示螢幕之間的距離，進而達到操作上的控制效果。近接式感測器可應用於手持式產品，例如當使用者不使用螢幕功能時，螢幕會自動鎖定，藉此延長電池使用時間；或者可讓觸控面板在使用者頭部靠近螢幕時，自動鎖定螢幕功能，避免通話中頭部誤觸鍵盤而中斷對話。另外，長距離的近接式感測器可偵測距離約在20至80cm之物體是否靠近，當使用者離開時可自動關閉電源功能，可應用於顯示器等相關產品。

近接式感測器具有一訊號發射器(emitter)及一訊號偵測器(detector)，習知技術為了避免產生訊號的串音干擾(cross-talk)，先前的近接式感測器結構是先以 封裝材料將訊號發射器及訊號偵測器加以封裝之後，再以金屬框架卡合於上述的封裝結構，利用金屬框架形成具有訊號隔離作用的屏障結構。但上述結構具有以下缺失：金屬框架的製作與結構有其複雜性；且封裝結構上需塗膠，利用膠黏的方式固定上述金屬框架，然而黏膠的塗佈不易控制，膠量太多將造成溢膠的問題；膠量太少，金屬框架的固定度不佳，容易脫落或位移，將導致訊號的隔離度不佳。

再者，在元件體積縮小化的趨勢下，金屬框架與封裝結構必須具有相當高的精度，才得以相互組接而形成高隔離效果的感測器單元，因此製程的難度大幅提高，且產品的良率更無法有效提升。

本發明之目的在於提供一種感應器單元之製造方法，該製造方法是透過兩次模製成型且利用封裝頂板的製程，以形成保護訊號發射器與訊號偵測器的封裝結構與隔絕訊號發射器與訊號偵測器的隔離層，進而形成穩固及高精度的訊號隔離結構。

本發明提出一種感應器單元的製造方法，其包括以下步驟：提供一基板，將多個訊號發射器及多個訊號偵測器貼附於基板上，每一個訊號發射器與相對應的訊號偵測器定義出一感應器區域。接著將每一個感應器區域的訊號發射器及訊號偵測器經由打線接合的方式與基板達成電性連接。之後，進行第一次模製成型製程，以使得多個封裝結構成型於基板上，且每一個封裝結構對應於一感應器區域以包覆訊號發射器及訊號偵測器。提 供一封裝頂板，封裝頂板上具有多個幾何圖形的開孔，該些開孔分別對應於每一個感應器區域的訊號發射器及訊號偵測器。接下來，進行第二次模製成型製程，將封裝頂板設置於該些封裝結構上並透過射出成型步驟，形成位於封裝頂板及基板之間的隔離層，隔離層包覆該些封裝結構的四周，最後進行切晶處理以分割出每一個感應器區域。

綜上所述，本發明在模具製造的成本上較低，以及不需使用組裝的設備，因此相較於習知技術，可達成節省成本的效果。透過本發明所製作的感應器單元具有高精度的包覆及訊號隔絕結構，使該感應器單元為低串音干擾，並具有較佳的可靠度。兩模製成型的結構係可穩固結合，亦即本發明在結構上具有較高的固定態樣，而不易產生結構脫落的問題，亦更能確保產品的可靠度。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

本發明提供一種感應器單元的製造方法，該製造方法是透過兩次模製成型且利用封裝頂板的製程，進行達成感應器單元的元件的封裝與隔離，其具有降低製程成本之功效，更可以解決傳統的組裝方式之缺失，其製造方法包括如以下步驟：請參考圖1所示，圖1為本發明之感應器單元1的製造方法的基板10具有訊號發射器111及訊號偵測器112的立體示意圖。首先，提供一基板10，以及提供多 個訊號發射器111及多個訊號偵測器112，並將多個訊號發射器111及多個訊號偵測器112貼附於該基板10上，每一個訊號發射器111與相對應的訊號偵測器112的組合將可定義出一感應器區域11。其中，將該些訊號發射器111及該些訊號偵測器112貼附於基板10上的方式，是透過晶片黏著(Die Attaching)的方法固設於該基板10上，亦即可先於基板10上進行點膠或貼附膠帶的步驟，再將該些訊號發射器111及該些訊號偵測器112準確地放置於預定的位置之中，透過黏膠或膠帶進而固定於基板10上。之後更包括使用電漿清洗(Plasma Cleaning)的處理以去除多餘的雜質，進而得到乾淨之表面。其中訊號發射器111可為發光二極體，訊號偵測器112可為整合式的距離與環境光源感測元件(Integrated Ambient and Proximity Sensor)或者可為距離感測元件(Proximity Sensor)，然而訊號發射器111及訊號偵測器112的種類不以上述為限。

請參考圖2所示，圖2為本發明之感應器單元1的製造方法的進行打線接合的立體示意圖。將每一個感應器區域11的訊號發射器111及訊號偵測器112經由打線接合(Wire bonding)的方式與該基板10達成電性連接。其中，訊號發射器111及訊號偵測器112進行打線接合的方式，可先透過多條導線113的一端分別焊接於該些訊號發射器111及該些訊號偵測器112的焊墊(圖未示)上，再將該些導線113的另一端分別焊接於所對應的感應器區域11的基板10上，所使用的導線113可為精細的銅導線，亦可為其他金屬的導線113，所使用的導線 113不加以限定，以使其形成電路迴路。之後進行檢查有無異常的情況發生，例如導線113接觸不良或導線113斷裂等，以確保產品的品質，接下來再進行電漿清洗以去除多餘的雜質。

請參考圖3所示，圖3為本發明之感應器單元1的製造方法的成型封裝結構12於基板10上的立體示意圖。進行第一次模製成型製程，以使得多個封裝結構12成型於基板10上，每一個封裝結構12對應於一感應器區域11，其用以包覆訊號發射器111及訊號偵測器112。其中，封裝結構12的材質可為可透光的封裝材料或可使紅外光穿透的封裝材料。更詳細地說，進行第一次模製成型製程是透過一第一模具(圖未示)，經由射出成型的步驟，以成型多個封裝結構12於該基板10上，在此步驟中，是將欲使用的封裝材料透過第一膠道13(Runner)注入到基板10上，接著進行固化成型的處理以形成封裝結構12於基板10上，進而包覆基板10上的訊號發射器111及訊號偵測器112，且使得每一個封裝結構12對應於每一個感應器區域11。

因而在此模製成型製程的步驟中所使用的封裝材料，其特性上必須可使得訊號發射器111所發出的光訊號，以及訊號偵測器112所欲接收的光訊號，都能夠予以穿透，以避免影響到該感應器單元1的運作。舉例來說，訊號偵測器112如為整合式的距離與環境光源感測元件，該封裝材料則為可透光之封裝材料(如clear molded material)，或是訊號偵測器112如為單一功能的距離感測元件，該封裝材料則為可讓紅外光穿透之封裝 材料，換言之，本發明並不限定封裝結構12的材質，但封裝結構12的材料必須根據訊號發射器111及訊號偵測器112的規格加以選擇，以避免封裝結構12造成感應器單元1的特性下降。再者，封裝結構12可對應於訊號發射器111或訊號偵測器112形成凸狀的封裝體，以利訊號發射器111發出訊號及訊號偵測器112接收訊號。之後，更包括移除位於基板10上的第一膠道13，再使用電漿清洗以去除多餘的雜質。

請參考圖4所示，圖4為本發明之感應器單元1的製造方法的封裝頂板14的立體示意圖。提供一封裝頂板14，該封裝頂板14上具有多個幾何圖形的開孔，該些開孔分別為用以對應於每一個感應器區域11的訊號發射器111及訊號偵測器112。更詳細地說，該些開孔可為對應訊號發射器111的發射開孔141，以及可為對應訊號偵測器112的接收開孔142，還有於第二次模製成型製程時可注入膠體的注膠開孔143。在本實施例中，由於每一個感應器區域11的訊號發射器111為一個，因此對應於每一個感應器區域11的發射開孔141可為一個。另外，在訊號偵測器112上由於可為整合式的距離與環境光源感測元件或是距離感測元件，因此對應於每一個感應器區域11的接收開孔142可為一個或兩個，且發射開孔141及接收開孔142的較佳幾何圖形可為圓形，以得到良好的發射及接收訊號的功能，然而發射開孔141及接收開孔142的幾何圖形並不加以限定。在注膠開孔143上較佳的幾何圖形可為方形，以達到良好的注膠及結合效果，然而注膠開孔143的幾何圖形並不 加以限定，數量上亦不加限定。

其中封裝頂板14上的該些開孔的形成方式，可透過沖壓、雷射切割或鑄造的方式而成，然而該些開孔的形成方式不以上述為限。封裝頂板14的材質可為金屬或塑膠，塑膠顏色較佳為深色或黑色，更進一步地說，封裝頂板14的材質可使用鋁、鐵(例如：SUS鋼)、環氧樹脂(Epoxy)、聚醚醚酮(Polyetheretherketone,PEEK)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide,PPS)或可阻擋紅外光的壓克力(IR blocking acrylic)等，然而封裝頂板14的材質不以上述為限。

請參考圖5及圖6所示，圖5為本發明之感應器單元1的製造方法的封裝頂板14設置於該些封裝結構12上的立體示意圖，圖6為本發明之感應器單元1的製造方法的進行第二次模製成型製程的立體示意圖。進行第二次模製成型製程，將該封裝頂板14設置於該些封裝結構12上並透過射出成型步驟，以形成位於該封裝頂板14及該基板10之間的隔離層16，該隔離層16包覆該些封裝結構12的四周。更詳細地說，可先將封裝頂板14及基板10置入第二模具(圖未示)內，接著將第二模具(圖未示)閉合，進行注入膠體的處理，亦即將可形成隔離層16的材料經由第二膠道15注入到基板10與封裝頂板14之間，之後使其固化成型為隔離層16，其中該隔離層16的材質可為可隔絕紅外光的封裝材料，亦即隔離層16可視為紅外光之阻絕結構(IR barrier)，之後更包括移除第二膠道15。在一具體實施例中，隔離層16透過射出成型步驟將可隔絕紅外光的封裝材料成 型，並且所注入的膠體會進入封裝頂板14的注膠開孔143之中，以達成隔離層16與封裝頂板14緊密結合的效果。另外，由於封裝頂板14上開設有對應該訊號發射器111的發射開孔141及對應該訊號偵測器112的接收開孔142，在射出成型步驟中膠體不會覆蓋於訊號發射器111及訊號偵測器112的封裝結構12上，並透過發射開孔141及接收開孔142以使訊號發射器111與訊號偵測器112的訊號得以發出和接收。另外，隔離層16即為用於隔離每一個感應器單元1之該訊號發射器111與該訊號偵測器112，以避免兩元件之間的訊號串音干擾(cross-talk)。除此之外，亦可透過改變封裝頂板14的幾何圖形設計，以設計出不同型態的感應器單元1。

請參考圖7所示，圖7為本發明之感應器單元1的製造方法的進行切晶處理的立體示意圖。完成第二次模製成型製程之後，即可進行切晶處理以分割出每一個感應器區域11。在此步驟中係利用薄型鋸刀進行切割或是使用雷射切割，切割方式是沿著每兩個感應器區域11之間所定義的切割道17進行切割，換言之，切割道17是圍繞每一個感應器區域11。進行切割之後即形成單一的感應器區域11，即為本發明的感應器單元1。

請參考圖8至圖11所示，圖8及圖9為本發明之感應器單元1的立體示意圖，圖10及圖11為本發明之感應器單元1的剖面示意圖。藉由進行上述感應器單元1的製造方法的製程之後，所得到的之感應器單元1的結構包括：一基板10，其上設有一訊號發射器111與一訊號偵測器112，訊號發射器111與訊號偵測器112分 別以打線接合等方式電性連接於基板10上。一封裝結構12，其設於該基板10上以包覆於該訊號發射器111與訊號偵測器112，且封裝結構12可根據訊號發射器111及訊號偵測器112的規格加以選擇，訊號偵測器112如為整合式的距離與環境光源感測元件，該封裝材料則為可透光之封裝材料，或是訊號偵測器112如為單一功能的距離感測元件，該封裝材料則為可讓紅外光穿透之封裝材料。一隔離層16，其位於該封裝頂板14及該基板10之間，該隔離層16包覆該些封裝結構12的四周。其中該隔離層16的材質可為可隔絕紅外光的封裝材料，亦即隔離層16可視為一種紅外光之阻絕結構，以使得訊號發射器111與訊號偵測器112的訊號不會產生干擾。一封裝頂板14，其上具有多個幾何圖形的開孔，該些開孔可為對應訊號發射器111的發射開孔141，以及可為對應訊號偵測器112的接收開孔142，還有注入膠體的注膠開孔143。另外，基板10的下表面，亦即相對於訊號發射器111與訊號偵測器112的一面，更設置有多個連接點18，如導電金屬墊等結構，連接點18可電性連接於訊號發射器111與訊號偵測器112，以利傳輸控制訊號及電源。

綜上所述，本發明具有下列諸項優點：

1.本發明在模具製造的成本上較低，以及不需使用組裝的設備，因此相較於習知技術可達到節省成本的效果。

2.透過本發明所製作的感應器單元具有高精度的包覆及訊號隔絕結構，使該感應器單元為低串音干擾， 並具有較佳的可靠度。

3.上述兩模製成型的結構係可穩固結合，換言之，本發明的結構上具有較高的固定態樣，而不易產生結構脫落的問題，亦更能確保產品的可靠度。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明的專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為的等效變化，均同理皆包含於本發明的權利保護範圍內，合予陳明。

1‧‧‧感應器單元

10‧‧‧基板

11‧‧‧感應器區域

111‧‧‧訊號發射器

112‧‧‧訊號偵測器

113‧‧‧導線

12‧‧‧封裝結構

13‧‧‧第一膠道

14‧‧‧封裝頂板

141‧‧‧發射開孔

142‧‧‧接收開孔

143‧‧‧注膠開孔

15‧‧‧第二膠道

16‧‧‧隔離層

17‧‧‧切割道

18‧‧‧連接點

圖1為本發明之感應器單元的製造方法的基板具有訊號發射器及訊號偵測器的立體示意圖。

圖2為本發明之感應器單元的製造方法的進行打線接合的立體示意圖。

圖3為本發明之感應器單元的製造方法的成型封裝結構於基板上的立體示意圖。

圖4為本發明之感應器單元的製造方法的封裝頂板的立體示意圖。

圖5為本發明之感應器單元的製造方法的封裝頂板設置於該些封裝結構上的立體示意圖。

圖6為本發明之感應器單元的製造方法的進行第二次模製成型製程的立體示意圖。

圖7為本發明之感應器單元的製造方法的進行切晶處理的立體示意圖。

圖8為本發明之感應器單元的組合立體示意圖。

圖9為本發明之感應器單元的分解立體示意圖。

圖10為本發明之感應器單元的剖面立體示意圖。

圖11為本發明之感應器單元的剖面結構示意圖。

1‧‧‧感應器單元

10‧‧‧基板

11‧‧‧感應器區域

111‧‧‧訊號發射器

112‧‧‧訊號偵測器

12‧‧‧封裝結構

14‧‧‧封裝頂板

141‧‧‧發射開孔

142‧‧‧接收開孔

143‧‧‧注膠開孔

16‧‧‧隔離層

Claims (10)

1. 一種感應器單元的製造方法，其包括以下步驟：提供一基板，將多個訊號發射器及多個訊號偵測器貼附於該基板上，每一個訊號發射器與相對應的訊號偵測器的組合定義出一感應器區域；將每一個感應器區域的該訊號發射器及該訊號偵測器經由打線接合的方式與該基板達成電性連接；進行第一次模製成型製程，以使得多個封裝結構成型於該基板上，且每一個封裝結構對應於一感應器區域以包覆該訊號發射器及該訊號偵測器；提供一封裝頂板，該封裝頂板上具有多個幾何圖形的開孔，該些開孔分別用以對應於每一個感應器區域的該訊號發射器及該訊號偵測器；進行第二次模製成型製程，將該封裝頂板設置於該些封裝結構上並透過射出成型步驟，形成一位於該封裝頂板及該基板之間的隔離層，該隔離層包覆該些封裝結構的四周；以及進行切晶處理以分割出每一個感應器區域。
2. 如申請專利範圍第1項所述的感應器單元的製造方法，其中上述將多個訊號發射器及多個訊號偵測器貼附於該基板上是透過晶片黏著的方法固設於該基板上。
3. 如申請專利範圍第1項所述的感應器單元的製造方法，其中該訊號發射器為發光二極體，該訊號偵測器為整合式的距離與環境光源感測元件以及距離感測元件之中的其中一種。
4. 如申請專利範圍第1項所述的感應器單元的製造方法， 其中上述打線接合的方式是先透過多條導線分別焊接於該些訊號發射器及該些訊號偵測器上，再將該些導線分別焊接於所對應的感應器區域的基板上，以使其形成電路迴路。
5. 如申請專利範圍第1項所述的感應器單元的製造方法，其中該封裝結構的材質為可透光的封裝材料及可使紅外光穿透的封裝材料之中的其中一種。
6. 如申請專利範圍第1項所述的感應器單元的製造方法，其中該封裝頂板上的該些開孔為多個發射開孔、多個接收開孔及多個注膠開孔。
7. 如申請專利範圍第1項所述的感應器單元的製造方法，其中該封裝頂板上的該些開孔的形成方式，是透過沖壓、雷射切割或鑄造的方式而成。
8. 如申請專利範圍第1項所述的感應器單元的製造方法，其中該封裝頂板的材質為金屬及塑膠之中的其中一種。
9. 如申請專利範圍第1項所述的感應器單元之製造方法，其中該隔離層的材質為可隔絕紅外光的封裝材料。
10. 如申請專利範圍第1項所述的感應器單元的製造方法，其中上述進行切晶處理是沿著每兩個感應器區域之間所定義的切割道進行切割，切割的方式是使用薄型鋸刀進行切割或是使用雷射切割。