CN101082848A - 发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置及其制造方法。该发光芯片会发出光线至一反射面，而形成于该感测芯片上的复数个感光单元会感测来自该反射面的反射光。光学输入装置的控制电路即可依据这些感光单元因感测所产生的信号，产生对应的光标信号。本发明的光学输入装置，因其发光芯片固定在其感测芯片上，故其体积可以有效地缩小化，而经缩小化的光学输入装置，其可应用的范畴会较广，而使得光学输入装置得以被整合到更多的电子产品之中，并且光学输入装置的发光芯片、感测芯片以及透镜组封装于一封装体之中，且光学输入装置内的光线折射、反射路径于出厂前已经调校好了，故可省去许多设定及作业流程。

Description

发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置及其制造方法

技术领域

本发明有关于一种光学输入装置及其制造方法，尤指一种将其发光芯片固定在其感测芯片(die)上的光学输入装置及其制造方法。

背景技术

近几年来，光学输入装置(如光学鼠标)因其准确的灵敏度以及使用上的方便性，而有越来越多的消费者使用。然而，传统的光学输入装置仍有其缺点，而有待克服与改善。请参考图1及图2，图1为中国台湾专利公告第549490号中所揭露的整合式光学鼠标用的芯片模块10的立体图，图2则为芯片模块10设于光学鼠标6的剖面图。该专利所揭露的光学鼠标6内的芯片模块10包含有一模块本体2、一发光二极管3、一感测单元5、一光学组件组25以及一控制单元7，其中发光二极管3、感测单元5、光学组件组25及控制单元7由模块本体2封装为一体，而封装为一体的芯片模块10插置于光学鼠标6的电路板61上。光学鼠标6包含有一壳体62以及一底板63，而底板63上形成有一透孔631。

模块本体2具有一预定的容置空间21并有多个导电支脚23，而容置空间21内设有一引线部22。发光二极管3设置于模块本体2的容置空间21中，用来发出可见光、红外线或激光光。发光二极管3所发出的光线会经过光学组件组25的光学导光组件251折射到反光面1上，而反光面1会再将光线经透孔631反射至光学导光组件252，而使反光面1所反射的光线经光学导光组件252折射到感测单元5。感测单元5会将所接收的反射光转换成对应的影像信号，并将所转换成的影像信号输出至控制单元7，以使控制单元7可以依据前后所接收到的影像信号来产生对应的光标信号。

虽然，上述专利中所揭露的光学鼠标用的芯片模块，由模块本体2来将发光二极管3、感测单元5、光学组件组25及控制单元7封装为一体，而使得光学鼠标的设计及制作得以简化。然而，因其发光二极管3、感测单元5、控制单元7的不良位置配置与制造方式，其所揭露的芯片模块的体积并无法有效地减小，而连带地使其可应用的范畴也被局限了。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种其发光芯片固定在其感测芯片上的光学输入装置及其制造方法，以克服及改善上述现有技术的问题。

本发明揭露一种发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置及其制造方法。该光学输入装置包含有一感测芯片(die)以及一发光芯片，感测芯片上形成有复数个感光单元及一信号处理单元。该发光芯片固定于该感测芯片的信号处理单元上，并电连接于该信号处理单元。该发光芯片则是用来产生提供给该复数个感光单元进行检测的光线。

本发明还揭露一种制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，该方法包含有下列步骤：(a)形成包含复数个感光单元及一信号处理单元的感测芯片；(b)形成可作为光源的发光芯片；以及(c)将所述发光芯片固定并电连接于所述感测芯片的信号处理单元。

本发明另揭露一种发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置及其制造方法。该光学输入装置包含有一感测芯片以及一发光芯片，感测芯片上形成有复数个感光单元、一信号处理单元以及一控制电路。该发光芯片固定于该感测芯片的信号处理单元及控制电路上，并电连接于该信号处理单元及该控制电路。该发光芯片则是用来产生提供给该复数个感光单元进行检测的光线。

本发明又一种制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，该方法包含有下列步骤：(a)形成包含复数个感光单元、一信号处理单元及一控制电路的感测芯片；(b)形成可作为光源的发光芯片；以及(c)将所述发光芯片固定并电连接于所述感测芯片中的所述信号处理单元及所述控制电路至少之一。

本发明的光学输入装置，因其发光芯片固定在其感测芯片上，故其体积可以有效地缩小化，而经缩小化的光学输入装置，其可应用的范畴会较广，而使得光学输入装置得以被整合到更多的电子产品之中。另外，本发明的光学输入装置，其发光芯片、感测芯片以及透镜组封装于一封装体之中，因此对于将本发明的光学输入装置应用在其它电子产品的制造者或设计者而言，由于光学输入装置内的光线折射、反射路径于出厂前已经调校好了，故可省去许多设定及作业流程。

附图说明

图1为现有光学鼠标用的芯片模块的立体图。

图2为图1的芯片模块设于光学鼠标时的剖面图。

图3为本发明光学输入装置的示意图。

图4为图3中的芯片组于堆栈时的示意图。

图5为本发明的光学输入装置设于一笔记型计算机时的示意图。

图6为本发明的光学输入装置设于一移动电话时的示意图。

主要组件符号说明：

1反光面            2模块本体

3发光二极管        5感测单元

6光学鼠标          7控制单元

10芯片模块         21容置空间

22引线部           23导电支脚

25光学组件组       61电路板

62壳体             63底板

70  反射体              80光学输入装置

82  封装体(package)

100芯片组

102感测芯片             104发光芯片

105光窗                 106负电极

108正电极               110感光区

112控制电路             113信号处理单元

114金属垫(metal pad)

118连接垫

120透镜组               122第一透镜

124第二透镜             200笔记型计算机

210、310屏幕            212、312光标

251、252光学导光组件

300移动电话

631透孔

具体实施方式

为减小光学输入装置的芯片模块的体积，以扩大光学输入装置的可应用范畴，本发明系利用堆栈(stack)封装的技术，来将光学输入装置中用来产生光线的发光芯片先堆栈在其用来感测光线的感测芯片上之后，再予以封装。请参考图3，图3为本发明光学输入装置80的示意图。本发明的光学输入装置80也予以模块化，其由一封装体82将其一芯片组100与一透镜组120封装成一体，因此完成封装后的光学输入装置80可以很方便地套用在任何电子产品上。芯片组100包含有一发光芯片(die)104以及一感测芯片106。发光芯片104用来作为一可产生光线的光源；而感测芯片106则是一系统整合型(System On Chip，SOC)芯片，其上形成有一控制电路112、一信号处理单元113以及由复数个感光单元所构成的感光单元数组110。感光单元数组110中的感测单元会感测外界的光线以产生对应的影像信号，而信号处理单元113则会分析各感光单元因感光所产生的影像信号，并将分析后的结果传送到控制电路112，以使控制电路112产生对应的光标信号。透镜组120包含有一体成型的第一透镜122以及第二透镜124，分别设于发光芯片104与感光单元数组110的一侧，其中第一透镜122的作用在于将发光芯片104所产生的光线经折射与全反射后导引至反射体70的表面，而透镜124的作用在于将反射体70表面所反射的光线经折射后导引至感光单元数组110。因此，感光单元数组110中的复数个感测单元即可检测来自反射体70表面的光线，之后电连接于感光单元的信号处理单元113即可分析感光单元因感光所产生的影像信号，并使控制电路112得以依据信号处理单元113所分析的结果来产生对应的光标信号。如此一来，当光学输入装置80、反射体70之间产生相对的运动时，控制电路112即可输出相对的光标信号。

发光芯片104由芯片堆栈的技术固定在感测芯片106的信号处理单元113上，故相较于现有技术，实施本发明时所需用以容置各组件的空间会较小，故当其在应用在各种电子产品时，其在空间配置上所受到的限制，会较传统的光学输入装置来的少，也因此可应用在更多的电子产品之中。请参考图4，图4为芯片组100于堆栈时的示意图。在本实施例中，未避免发光芯片104所产生的光线影响感测芯片106于检测反射光时的准确度，所以发光芯片104采用能产生同调(coherent)光线的光线产生器，例如激光二极管(Laser Diode，LD)，而在本实施例中发光芯片104则为一面射型激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)二极管。当然，本发明并不局限须由激光二极管作为光源的方式来实施，其它可产生同调光线的电子组件也可应用来实施本发明。面射型激光二极管104包含有一光窗105、一负电极106以及一正电极108，面射型激光二极管104所产生的光线可由光窗105射出，而负电极106则耦接于形成于信号处理单元113上的一金属垫114，以使系统的偏压可施加于面射型激光二极管104的负电极106，也因此面射型激光二极管104电连接于信号处理单元113。当面射型激光二极管104的负极106与金属垫114耦合之后，金属导线会再打在正电极108之上，以使面射型激光二极管104的正电极108得以电连接至系统的一正偏压端，进而使得面射型激光二极管104得以正常地操作。此外，目前市面上有许多种类的面射型激光二极管，本实施例中所应用的只是其中的一种，故本发明的实施方式并不以此为限。另外，感测芯片102上另形成有复数个接触垫118，控制电路112可由这些接触垫118电连接至其它的电子设备，以传递所产生的光标信号。

因本发明光学输入装置80将其发光芯片104设置在其感测芯片102的信号处理单元113上，故光学输入装置80的体积可以有效地缩小，而可进一步地与其它电子设备整合。请参考图5及图6，图5为光学输入装置80设于一笔记型计算机200时的示意图，而图6为光学输入装置80设于一移动电话300时的示意图。笔记型计算机200与移动电话300分别包含有一屏幕210、310。使用者可将其拇指放置在光学输入装置80上，来让光学输入装置80由光学感测的方式来判别其手指的移动方向与速度，进而产生对应的光标信号以控制屏幕210、310上光标212、312的移动。当然，本发明的应用方式，并不局限于上述两种。

须注意的是，虽然在上述较佳实施例中，透镜组120的第一透镜122以及第二透镜124一体成型，但本发明的实施方式并不以此为限。第一透镜122与第二透镜124可以是分开的组件，分别设置在发光芯片104与感光单元数组110的一侧。另外，上述实施例中，控制电路112与感测单元数组110整合在单一个检测芯片106中，然而将控制电路112挪出至检测芯片106外而留下感测单元数组110于检测芯片106之中的实施方式，也属本发明所要保护的范畴。除此之外，也可将发光芯片104改以固定并电连接于控制电路112，以取代原先将发光芯片104固定并电连接于信号处理单元113上的方式，而在此情况下，金属垫114则须改以形成于控制电路112的表面上而与发光芯片104的电极106耦接。此外，控制电路112可与信号处理单元113整合在一起，而与信号处理单元113形成在检测芯片106的同一区块内，而在这样的情况下，当将感测芯片102与发光芯片104堆栈在一起时，发光芯片104会被固定在经整合后的控制电路112及信号处理单元113之上，并电连接于控制电路112及信号处理单元113，而如此一来，光学输入装置80的尺寸可再进一步地缩小。

相较于现有技术，本发明所揭露的光学输入装置，因其发光芯片固定在其感测芯片上，故其体积可以有效地缩小化，而经缩小化的光学输入装置，其可应用的范畴会较广，而使得光学输入装置得以被整合到更多的电子产品之中。另外，本发明的光学输入装置，其发光芯片、感测芯片以及透镜组封装于一封装体之中，因此对于将本发明的光学输入装置应用在其它电子产品的制造者或设计者而言，由于光学输入装置内的光线折射、反射路径于出厂前已经调校好了，故可省去许多设定及作业流程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (36)

1.一种发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置，其特征在于，该光学输入装置包含有：

一感测芯片，其上形成有复数个感光单元，以及一信号处理单元；以及

一发光芯片，其固定并电连接于所述感测芯片的信号处理单元，用来产生提供给所述复数个感光单元进行检测的光线。

2.如权利要求1所述的光学输入装置，其特征在于，所述光学输入装置还包含一控制电路，其电连接于所述信号处理单元，用来控制所述光学输入装置的操作。

3.如权利要求2所述的光学输入装置，其特征在于，所述控制电路形成于所述感测芯片上。

4.如权利要求1所述的光学输入装置，其特征在于，所述发光芯片为同调光线产生器。

5.如权利要求4所述的光学输入装置，其特征在于，所述同调光线产生器为一激光二极管。

6.如权利要求5所述的光学输入装置，其特征在于，所述激光二极管为一面射型激光二极管。

7.如权利要求1所述的光学输入装置，其特征在于，所述信号处理单元包含一金属垫，所述发光芯片固定于所述金属垫上。

8.如权利要求7所述的光学输入装置，其特征在于，所述发光芯片的一电极耦接于所述金属垫。

9.如权利要求1所述的光学输入装置，其特征在于，所述感测芯片及所述发光芯片设于一封装体中。

10.如权利要求1所述的光学输入装置，其特征在于，所述光学输入装置还包含有一第一透镜，其设于所述发光芯片的一侧，用来导引所述发光芯片所产生的光线，以及一第二透镜，其设于这些感光单元的一侧，用来将光线导引至这些感光单元。

11.一种制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，所述方法包含有下列步骤：

(a)形成包含复数个感光单元及一信号处理单元的感测芯片；

(b)形成可作为光源的发光芯片；以及

(c)将所述发光芯片固定并电连接于所述感测芯片的信号处理单元。

12.如权利要求11所述的制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，所述方法还包含在所述感测芯片上形成电连接于所述信号处理单元的控制电路。

13.如请求项11所述的制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，步骤(a)包含于所述信号处理单元的表面形成一金属垫，步骤(c)包含将所述发光芯片的两电极中的一电极耦接于所述金属垫。

14.如权利要求11所述的制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，所述方法还包含将所述感测芯片及所述发光芯片封装于一封装体中。

15.如权利要求11所述的制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，所述方法还包含：

设置一第一透镜于所述发光芯片的一侧；以及

设置一第二透镜于这些感光单元的一侧。

16.如权利要求11所述的制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，步骤(b)形成一激光二极管。

17.如权利要求16所述的制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，步骤(b)形成一面射型激光二极管。

18.一种发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置，其特征在于，所述光学输入装置包含有：

一感测芯片，所述感测芯片上形成有：复数个感光单元，用来感测光线；

一信号处理单元，用来处理这些感光单元因感光所输出的信号；以及一控制电路，电连接于所述信号处理单元，用来控制所述光学输入装置的操作；以及

一发光芯片，固定并电连接于所述感测芯片中的所述信号处理单元及所述控制电路至少之一，用来产生提供给这些感光单元进行检测的光线。

19.如权利要求18所述的光学输入装置，其特征在于，所述发光芯片固定并电连接于所述信号处理单元及所述控制电路。

20.如权利要求18所述的光学输入装置，其特征在于，所述发光芯片为同调光线产生器。

21.如权利要求20所述的光学输入装置，其特征在于，所述同调光线产生器为一激光二极管。

22.如权利要求21所述的光学输入装置，其特征在于，所述激光二极管为一面射型激光二极管。

23.如权利要求18所述的光学输入装置，其特征在于，所述信号处理单元包含一金属垫，所述发光芯片固定于所述金属垫上。

24.如权利要求23所述的光学输入装置，其特征在于，所述发光芯片的一电极耦接于所述金属垫。

25.如权利要求18所述的光学输入装置，其特征在于，所述控制电路包含一金属垫，所述发光芯片固定于所述金属垫上。

26.如权利要求25所述的光学输入装置，其特征在于，所述发光芯片的一电极耦接于所述金属垫。

27.如权利要求18所述的光学输入装置，其特征在于，所述感测芯片及所述发光芯片设于一封装体中。

28.如权利要求18所述的光学输入装置，其特征在于，所述光学输入装置还包含有一第一透镜，其设于所述发光芯片的一侧，用来导引所述发光芯片所产生的光线，以及一第二透镜，其设于这些感光单元的一侧，用来将光线导引至这些感光单元。

29.一种制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，所述方法包含有下列步骤：

(a)形成包含复数个感光单元、一信号处理单元及一控制电路的感测芯片；

(b)形成可作为光源的发光芯片；以及

(c)将所述发光芯片固定并电连接于所述感测芯片中的所述信号处理单元及所述控制电路至少之一。

30.如权利要求29所述的制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，所述步骤(c)将所述发光芯片固定并电连接于所述信号处理单元及所述控制电路。

31.如权利要求29所述的制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，所述步骤(a)包含于所述信号处理单元的表面形成一金属垫，所述步骤(c)包含将所述发光芯片的两电极中的一电极耦接于所述金属垫。

32.如权利要求29所述的制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，所述步骤(a)包含于所述控制电路的表面形成一金属垫，所述步骤(c)包含将所述发光芯片的两电极中的一电极耦接于所述金属垫。

33.如权利要求29所述的制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，所述方法还包含将所述感测芯片及所述发光芯片封装于一封装体中。

34.如权利要求29所述的制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，所述方法还包含：

设置一第一透镜于所述发光芯片的一侧；以及

设置一第二透镜于这些感光单元的一侧。

35.如权利要求29所述的制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，所述步骤(b)形成一激光二极管。

36.如权利要求35所述的制造发光芯片固定在感测芯片上的光学输入装置的方法，其特征在于，所述步骤(b)形成一面射型激光二极管。

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