CN100561754C - 集成球栅阵列光学鼠标传感器封装 - Google Patents

集成球栅阵列光学鼠标传感器封装 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种集成球栅阵列光学鼠标传感器封装，尤其是光学鼠标中使用的紧凑光学传感器封装件。光学传感器封装件包括芯片罩，芯片罩使用球栅阵列技术被物理连接和电连接到主电路板。芯片罩包括具有窗的带窗的盖以及基板，基板密闭地密封到带窗的盖以包围传感器芯片。传感器芯片被电连接到基板内表面上的焊盘。这些焊盘穿过基板被电连接到基板外表面上的焊盘。基板外表面上的焊盘在该应用中是球栅阵列技术的元件。

Description

集成球栅阵列光学鼠标传感器封装
技术领域
本发明一般地涉及光学芯片的封装系统，更具体地，涉及集成球栅阵列光学鼠标传感器封装。
背景技术
在计算机输入设备领域中，通过采用被称作“鼠标”的设备来控制计算机屏幕上的光标的移动或者使光标用于指令选择是非常普遍的。“鼠标”是一种与计算机电连接并且能够在一个表面上被计算机操作者的手移动的设备。鼠标在表面上的运动被以电子方式告知计算机，以控制光标在计算机屏幕上的移动。鼠标还包括按键，这些按键将指令以电子方式告知计算机。在传统设计中，鼠标与表面之间的运动通过鼠标中的橡胶球的转动被监视。但是，在现代结构中，表面与鼠标之间的运动是使用光学传感器来监视的，其中光学传感器能够以非常可靠的方式监视鼠标与表面之间的移动并将其告知计算机。
虽然承载实际光学传感器电子器件的一般半导体传感器芯片具有大约4.33mm2的面积，但是传感器芯片的实际应用要求目前具有大得多的面积的封装技术。封装技术是指物理上支撑芯片并将芯片以电子方式连接到芯片执行其功能所需的外围电子部件所需的容器、支撑物以及电和热连接。目前的光学鼠标传感器封装技术(DIP，双列直插)具有通常大于122.65mm2的面积。集成电路封装是保护半导体芯片不直接暴露给可能造成破坏或者引起芯片故障的因素的必需部分，这些因素例如是热、空气、湿气和/或振动。除了起到保护屏障的作用之外，封装还用作将半导体芯片的内部电路连接到外界的中介。因此，传统封装技术采用大约是实际半导体芯片面积的28倍的面积。当前必需的封装技术的相对大的面积对可被选择用于鼠标中的传感器的设计造成了显著的尺寸限制，尤其是对于诸如外形象笔并且象笔一样握持的笔式鼠标(pen mouse)指令的鼠标或者其他集成输入设备和点选器的替代设计。
本发明以新颖的方式解决了现有技术光学鼠标传感器封装件的这些以及另外的缺点。
发明内容
本发明提供了一种在光学鼠标中使用的紧凑光学传感器封装系统。该光学传感器封装系统包括使用球栅阵列(BGA)技术被物理连接和电连接到主电路板上的芯片罩。芯片罩包括界定出窗的带窗的盖，所述窗提供穿过带窗的盖的光路。芯片罩还包括密闭地与用于包围传感器芯片的带窗的盖密封的基板。传感器芯片被电连接到基板内表面上的焊盘。这些焊盘穿过基板被电连接到基板外表面上的盘。在基板外表面上的盘被用作球栅阵列技术中的元件。
附图说明
参考附图中所示的示例，可以最佳地理解本发明，附图中：
图1是体现本发明原理的光学鼠标和光学芯片封装系统的侧视横截面图，
图2是作为体现本发明原理的光学芯片封装系统一部分的组装之前的芯片罩的立体图，
图3是体现本发明原理的光学芯片封装系统的侧视横截面图，
图4是图3所示的光学芯片封装系统的局部放大图，
图5是图4所示的光学芯片封装系统的放大图，
图6是体现本发明原理的光学芯片封装系统中所采用的基板和光学芯片结构的平面图，以及
图7是体现本发明原理的光学芯片封装系统中所采用的基板的仰视图。
具体实施方式
本发明的集成电路封装系统保护芯片不暴露给可能造成破坏以及引起芯片故障的诸如热、空气、湿气和/或振动之类的因素。除了提供保护之外，封装还用作将芯片的内部电路连接到外界的中介。本发明的紧凑的封装系统，尤其是其小的面积，使得设计者在产品设计中具有更大的自由度。此外，紧凑的封装系统由于较短的信号路径，有利于提高电性能。
本发明的下面的实施例示出了小形状系数封装发明是如何被用于实现这些目的。
首先参考图1，图1示出了本发明的一般特征，光学传感器封装系统10示出为被包围在光学鼠标11中，该光学鼠标11被截断，使得光学传感器封装系统10可见。鼠标11位于表面12上。光学传感器封装系统10的窗13在芯片24与表面12之间提供光路。在传统方式中，从表面12反射的光进入窗13，使得鼠标11能够监视鼠标11在表面12上的移动。
光学传感器封装系统10将关于鼠标11在表面12上移动的信息以电子方式告知鼠标电子器件封装件14。鼠标电子器件封装件14通过通信链路15将关于鼠标11在表面12上移动的信息告知目标计算机16。目标计算机16使用该信息，通常引起光标在视频屏幕上的相应移动。
参考图2，其中芯片罩17示出为被颠倒使得窗13面向上方，芯片罩17的一般特征在于承载窗13的带窗的盖18，以及基板19。在该实施例中，基本19是一小片印刷电路板。该基板19具有外围边缘20、内表面21和外表面22。接地板23安装在内表面21的中央位置。光学芯片24安装在接地板23的中央位置。基板19的内表面21包括导电焊盘25，它们穿过基板19电连接到基板19的外表面22上的相应的导电盘26(如图4、图5和图7所示)。芯片24上的电输入和输出接头27通过键合线28连接到盘25。导电盘26(如图4、图5和图7所示)载有适合用于球栅阵列(BGA)中的焊球29。
图3示出了芯片罩17安装到主板31上的方式的侧视图，其中芯片罩17包括带窗的盖18和基板19。在优选的实施例中，基板19使用球栅阵列(BGA)技术安装到主板31上。主板31仅短距离地伸出基板19的外围边缘20，使得封装系统10的总面积最小，并且仅稍大于基板19。
虽然球栅阵列技术作为了如上举例说明的将基板19电连接到主板31上的技术，但是也可以使用其他附接技术。例如，可以使用SMT(表面安装技术)回流或者胶合工艺来进行附接。
图4示出了基板19与主板31之间的物理连接和电连接的侧视横截面图。使用球栅阵列(BGA)技术，基板19外表面上的导电盘26通过焊球29被电连接到主板31上的导电盘32。具体地说，焊球29形成了基板19外表面22上的焊盘26与主板31内表面33上的焊盘33之间的焊料连接。
图4还示出了带窗的盖18的内边缘37设置有柔性外围内唇缘38和外围外唇缘39。内唇缘38和外唇缘39啮合基板19外围边缘20的内边缘和外边缘附近的凹槽48和49，以在带窗的盖18与基板19之间形成密闭密封，以密封芯片罩17。图5中更详细地示出了分别在基板19的内外表面21和22中的外围凹槽48和49，以及这些凹槽分别被唇缘38和39啮合以加强密封的情况。
图5是进一步放大的示图，并且还示出了芯片24的外围41、接地板23的外围42和焊盘25，其中焊盘25被透明硅树脂涂层43包裹以物理地稳定键合线28。涂层43延伸到芯片24的外围41，但不超出该外围41。
图6示出了基板19的平面图，其中示出了基板19的内表面21。位于内表面21周边附近的是导电的封装件焊盘，其中的一个示例性的焊盘示出为25。接地板23居中地安装在内表面21上。芯片24居中地安装在接地板23上。芯片24的内表面44上的位置构成了光学区45。芯片罩17被设计为使得当设备被组装时，光学区45与窗13对准。芯片焊盘27定位成围绕芯片24的内表面44的外围。键合线28将芯片焊盘27中的一些电连接到适当的封装件焊盘25，并且将其他的芯片焊盘25电连接到接地板23。封装件焊盘25和键合线的外端被包在透明硅树脂涂层43中(参见图5)。
图7示出了基板19的外表面22。导电的内部焊盘26位于表面22上，并且每个焊盘26载有适于使用球栅阵列(BGA)技术形成电和物理连接的焊球29，以将基板19电连接并物理附接到主板31。
图7示出了8个引脚输入/输出的焊球引脚布局。对于8个引脚输入/输出，引脚布局排列为3×3的矩阵，其中不带第九个中央引脚和焊球。或者，对于16个引脚的布局，排列为4×4输入/输出，而对于20个引脚的布局，将是5×4输入/输出。如此，可以适合于任何数量引脚输入/输出的需求。
通过将本紧凑光学传感器封装发明包含并实现在光学鼠标中，光学鼠标不必看上去与目前的大面积封装件所要求的传统桌面鼠标相类似。因为使用本发明封装技术的鼠标具有很小的垂直于芯片光路的面积，所以该鼠标可以按照客户的喜好，在形状和/或尺寸的宽的范围中进行设计，例如管状或者三角形状。此外，使用该封装技术的光学传感器可以被形成为笔式鼠标，以及任何其他的集成输入设备。

Claims (1)

1.一种光学鼠标，包括：
光学鼠标主体；
光学传感器封装件，包括：
光学芯片；
用于包围所述光学芯片的芯片罩，所述芯片罩包括带窗的盖以及基板，所述带窗的盖包括透明窗，所述基板具有芯片安装区域；
与所述基板分离的主板；和
焊球，所述焊球设置在所述基板的与所述芯片安装区域相对的表面上，并在所述基板的所述区域内连接所述基板和所述主板，其中，所述主板仅短距离的伸出所述基板的外围边缘，并且仅稍大于所述基板；
用于从所述主板接收电信号的鼠标电子器件封装件；和
在所述鼠标电子器件封装件与计算机之间的通信链路；
其中，所述基板具有内表面、外表面和外围，并且所述带窗的盖具有外围，所述盖的所述外围具有外围内唇缘和外围外唇缘，所述唇缘具有与所述基板的外围的内边缘和外边缘相啮合的形状，使得所述带窗的盖的所述外围形成到所述基板的外围的密闭密封，并且
其中，所述基板具有在所述内表面上和所述外表面上的焊盘，以及在所述内表面上的焊盘与所述外表面上的焊盘之间穿过所述基板延伸的电连接，并且
其中，所述光学芯片被安装在所述基板的内表面上，并被电连接到所述基板的内表面上的焊盘，并且不导电材料体被放在所述基板的内表面上的焊盘上，以物理地保护所述基板的内表面上的焊盘。
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