CN101252109A - 具有至少一个光感受器电路的光电模块 - Google Patents

具有至少一个光感受器电路的光电模块 Download PDF

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Abstract

一种光电模块(1)包括用于采集通过在外表面上反射的来自光源的光的光感受器电路(3)。光感受器电路和光源电路安装在衬底(2)上，且电路的接触衬垫(6)电连接到衬底的衬垫。衬底衬垫连接到衬底的传导路径。柔性衬底包括第一部分(2a)、第二部分(2b)以及在第一部分与第二部分之间的连接部分(2c)，光感受器电路(3)和光源电路在第一部分(2a)上安装并电连接，第二部分(2b)包括电连接终端(9)。该连接部分将第一部分的一些传导路径连接到第二部分的连接终端。当安装模块时，尤其是在计算机鼠标中安装模块时，连接部分允许相对于第一部分调整第二部分的高度和/间隔。其上安装了透明透镜单元(40)的盖子(20)设置在第一部分上。在光传感电路的光敏区域上方在盖子中制作光通路(24)。其上安装了具有衬底的第一部分的盖子的可以通过在计算机鼠标盒底部中的光圈孔固定。而柔性衬底的第二部分(2b)的连接终端(9)以离开盒的底部一定的距离连接到主印刷电路板的对应衬垫，同时通过连接部分(2c)来调整第二部分相对于第一部分的高度和/或间隔。

Description

具有至少一个光感受器电路的光电模块
技术领域
本发明涉及一种光电模块，其具有至少一个能够采集直接或通过在外表面上反射的来源于光源的光的光感受器电路。光感受器电路安装在衬底上，且光感受器电路的接触衬垫电连接到对应的衬底衬垫。衬底衬垫连接到传导路径以形成印刷电路板。
本发明还涉及一种包括这种类型的光电模块的计算机鼠标。
背景技术
在光学计算机鼠标领域中，光电模块可以包括至少一个安装在衬底上的光感受器电路并且封入不透光的塑料塑模中或被封装。在光感受器电路的光敏区域上方，光通路以光圈(diaphragm)的形状形成于塑料塑模中。该光通路由此使电路能够采集通常在计算机鼠标的工作表面上反射的光。该光是由设置在计算机鼠标盒内的光源产生的。光源也可以是在塑料光电模块塑模的贯穿光圈孔(through aperture)下方安装在衬底上的光源电路。
通常，用于计算机鼠标的光电模块的一种状态采取标准封装DIL型部件的形式，如在例如EP专利申请号1339012和1361537中所公开的。该部件包括从其内部设置有光感受器电路以及可能的光源电路的塑料塑模伸出的规则间隔的引脚。模块的连接引脚可以被插入封装在计算机鼠标内部的主印刷电路板的镀金属孔中。在主印刷电路板中的光圈孔还设置在模块的连接引脚之间，以允许发射来自光源电路的光并且接收由光感受器电路反射的光。
该光电模块可以包括或被安装于透明光学透镜单元上，该透明光学透镜单元优选地固定于计算机鼠标盒底部中的宽光圈孔上方。因此重要的是调整在主板上在透明光学透镜单元上安装的光电模块相对于工作表面或相对于计算机鼠标盒底部的高度。在例如通过在板的镀金属孔中焊接所述模块的连接引脚的电连接之前进行这种相对于主板的模块高度的调整。在一些情况下，可以切除超出镀金属孔的连接引脚的一部分。这样的操作证明是相对长时间的且因此是昂贵的，并且实际上很难实现在计算机鼠标盒中安装光电模块，这是一个缺点。
此外，假定连接引脚的间隔被明确限定，以DIL型部件的形式制造的光电模块相对庞大，这是另一缺点。再者，仅可调整模块的高度，以作为主板与其上可能固定有透明光学透镜单元的鼠标盒底部之间的间隔的函数来固定模块。这也要求调整主板相对于将要固定或放置光电模块的透明光学透镜单元的位置，这是不利的。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种光电模块，其克服上述现有技术的缺点，且其相对紧凑，并且可以在高度上和/或在衬底的平面中进行调整，以便于其在例如计算机鼠标的电子仪器的情况下的组装。
因此，本发明涉及一种光电模块，其包括在权利要求1中提及的特征。
在从属权利要求2到12中限定光电模块的具体实施例。
根据本发明的光电模块的一个优点在于它包括柔性衬底，所述柔性衬底具有至少承载光感受器电路的第一部分、具有电连接终端的第二部分以及连接第一和第二部分的部分。由于该连接部分，所以可以调整第一部分相对于第二部分的高度，并且还可调整柔性衬底的第一与第二部分之间的间隔。由于该柔性衬底，所以可以将第一衬底部分的光感受器电路设置在透明光学透镜单元上，而与第二衬底部分的模块连接终端的连接的放置位置无关。
如果将该光电模块安装在计算机鼠标中，则将透明光学透镜单元固定到计算机鼠标盒底部的光圈孔上。在透明单元上直接安装部分地封闭在盖子下的具有光感受器电路的第一柔性衬底部分。为了连接到主印刷电路板，可以相对于第一衬底部分自由地调整具有连接终端的第二柔性衬底部分的高度。第一部分与第二部分之间的间隔也可以通过连接部分而调整。该间隔可以包括在最大间隔与最小间隔之间，最大间隔对应于连接部分的长度，最小间隔接近于柔性衬底的第一部分与第二部分之间的间隔。因此，光电模块可以容易地安装在任何类型的计算机鼠标中，而与主板相对于鼠标盒底部的光圈孔的精确位置无关。
有利地，在柔性衬底的第一部分上在光传感电路一侧上设置不透光盖子。在光感受器电路的光敏区域上方设置贯穿盖子的光通路，同时保护电路的处理单元区域不受光。该光通路可以在盖子的外部突出部分中。
有利地，盖子包括在内壳中的两个定位引脚，在该内壳放置光感受器电路以及可能另一光源电路。这些引脚设置在壳内部的两个对角相反的拐角附近。每一个引脚从壳的底部朝向壳的外部延伸。通常，引脚是圆柱形的且彼此具有不同的直径，以作为在组装到柔性衬底的第一部分上时的偏置定位槽(polarizing slot)。为了实现这一点，柔性衬底的第一部分包括与每个引脚的直径对应的两个直径不同的孔，且这样设置这两个直径不同的孔，以便当盖子安装在第一部分上时，引脚穿过这两个直径不同的孔。
根据权利要求13限定的特征，本发明还涉及一种包括光电模块的计算机鼠标。
附图说明
在对通过附图示例的非限制性实施例的以下描述中，光电模块的目的、优点和特征将更清楚地呈现，在附图中：
图1示出根据本发明的光电模块的第一实施例的顶视图，
图2示出根据本发明的光电模块的第二实施例的三维分解图，
图3示出根据本发明的具有透明光学透镜单元的光电模块的第三实施例的局部纵向截面侧视图，以及
图4示出在工作表面上包括根据本发明的光电模块的计算机鼠标的一部分的简化三维局部截面。
具体实施方式
在以下描述中，仅以简化的方式叙述在该技术领域为本领域技术人员所熟知的光电模块的所有部分。优选地，该光电模块适用于计算机鼠标，但是可以设想在任何其它电子仪器或设备中使用该光电模块。
图1示出例如被安装到计算机鼠标的光电模块1的顶视图。该光电模块1包括，在同一柔性衬底2的第一面上，用于采集由集成光源电路4产生的、特别是通过在外部工作表面上反射的光的集成光感受器电路3。光感受器电路3和光源电路4安装在柔性衬底2的第一部分2a上。光感受器电路3的接触衬垫6通过例如铝导线的金属导线7电连接到设置在衬底第一面上的对应的连接衬垫5。这些连接衬垫5优选地连接到衬底的金属传导路径8，以形成印刷电路板。这些传导路径8可以设置在柔性衬底的任一面上。
柔性衬底2具有柔性薄片的形状，其厚度例如可以为约75μm。除第一部分2a之外，该柔性衬底2还包括第二部分2b以及在第一部分与第二部分之间的连接部分2c，该第二部分2b包括电连接终端9。这些金属连接终端9通过连接部分2c直接连接到第一部分的某些传导路径8。为了充当电连接，这些连接终端9可以设置在衬底的第一面上和在第二相反面上。可以设想，为了电连接设置在衬底两面上的连接终端9的部分，例如贯穿镀金属孔的金属连接可以穿过柔性衬底2的第二部分2b。
所使用的集成光源电路4可以为激光二极管或发光二极管。通常，光源电路4的第一面直接跨接第一衬底部分的特定连接衬垫12。然而，例如金导线的金属导线7跨过柔性衬底2的第一部分2a的另一对应的衬垫5而连接光源电路的第二相反面的一个接触衬垫。相对于光感受器电路3的接触衬垫6的相反面也可以电连接到柔性衬底2的第一部分2a上的大的特定连接衬垫13。该特定连接衬垫13连接到传导路径，以通过连接终端9连接到光感受器电路的电源终端，特别是地线。
应当注意的是，光源电路4仅通过第一部分2a的两个金属路径8电连接到光感受器电路3的接触衬垫6。连接器类型的第二部分的连接终端9都不电连接到光源电路4。因此，可以通过在光感受器电路3中制作的保护性二极管而保护光源电路免受任何静电放电ESD。
光感受器电路3包括光敏区域3b，该光敏区域3b与用于由光敏区域3b的几个光敏元件提供的信号的处理单元区域3a并置(juxtapose)，未示出这几个光敏元件。通常，光感受器电路的处理单元区域3a必须避开光。因此其可以与电路的各种接触衬垫以及第一部分的各种接触衬垫一起被封装在常规不透光树脂中，同时使得光敏区域3b不被覆盖以采集光。在参考图2在下文中描述的第二实施例中，利用优选颜色暗的例如黑色的不透光盖子，保护该处理单元区域免受光。
因为该柔性衬底包括通过连接部分2c连接的第一和第二部分2a、2b，所以可以相对于第一部分调整第二部分的高度和/或间隔。高度代表由第一和第二部分2a和2b形成的两平面的分开的距离。这在安装光电模块1时，特别是在如下文所述的计算机鼠标中安装光电模块1时，提供了相当大的优点。
为了将柔性衬底2b的第一部分2a安装在支撑物或盖子上以部分地密封光感受器电路3，提供两个穿过第一部分的定位孔10、11。因为从上面看，该第一部分的形状基本上是矩形的，所以每个孔设置在第一部分2a的两个对角相反的拐角附近。这些定位孔是圆形的并且具有不同的直径，以在将第一部分安装到一个支撑物的两个对应的引脚上时用作偏置定位槽，这两个引脚具有不同的与每个孔的直径对应的直径。
在同一平面内观看时，在第一和第二部分2a和2b之间，柔性衬底2的连接部分2c可以制作成L形，在L的拐角处具有曲线。连接部分的宽度小于第一部分2a的连接部分与其连接的一侧的宽度。优选地，该宽度小于第一部分宽度的一半。连接部分2c的总长度可以包括在第一部分2a的长度的一半与两倍之间。
连接部分2c连接到第一部分2a的一侧，相对于所述一侧的中心略微偏移。这使得曲率较小，并由此当将光电模块1一方面固定在主板上，另一方面固定在计算机鼠标盒的底部时，使得对柔性衬底的机械应力较小。而且，必须将该连接部分的长度选择为最小化与它所承载的金属路径有关的任何干扰效应。
当然，也可设想通过未示例的倒装芯片技术将光感受器电路3安装在柔性衬底2的第一部分2a上。为了实现此方案，在光感受器电路3的金属接触衬垫6上制作超出钝化层的金属凸起。这些金属凸起直接连接在衬底的以与金属凸起相同的排列和位置设置的相应衬垫上。利用这种安装技术，光圈孔也必须设置在柔性衬底2的与光敏区域3b相反的第一部分2a中，以便通过该区域接收光。然而，光源电路4必须安装在与承载光感受器电路3的面相反的面上。因此，必须通过第一部分将电连接设置为将光源电路4连接到光感受器电路3。
应当注意的是，如果通过该倒装芯片技术安装光感受器电路3，则可以使柔性衬底的第一部分2a比图1中所示的组合件窄。这样，通过这种类型的光电模块1，可以在计算机鼠标盒中获得对空间的节省。
图2示出光电模块1的第二实施例的三维分解图。在该第二实施例中，例如，在第一部分2a和第二部分2b之间以直线形式制成柔性衬底2的连接部分2c。然而，在图2中示出了通过具有弯曲部分的连接部分2c在第一部分2a与第二部分2b之间的高度调整h。第二部分2b承载电连接终端9，电连接终端9制作在第二部分2b的两面上。
因此，光电模块1包括设置在柔性衬底2的第一部分2a的同一面上的光感受器电路3和光源电路4。该模块还包括例如黑色塑料的不透光的盖子20，该盖子20用于使衬底2的第一部分2a具有刚性，且盖子20是电绝缘的。而且，模块可以包括在第一部分2a上的底板30，该底板30由与盖子相同的材料或不同的材料构成，其是刚性、不透光且电绝缘的。因此，盖子20设置在光感受器电路3和光源电路4的一侧上的柔性衬底2的第一部分2a上。该盖子包括光圈形式的光通路24。光通路24设置在光感受器电路3的光敏区域上方。光通路由在盖子中由凸出盖子外部的部分制成，未在图2中示出。
盖子还包括用作由光源4产生的光的通路的光圈孔25。圆形的该光圈孔25还用于容纳透明光学透镜单元的光学透镜部分，且其尺寸大于光源电路的发射表面。
盖子20还包括两个平行的定位引脚21和22，它们设置在壳23内部的两个对角相反的拐角附近。光感受器电路3和光源电路4被保护在此壳23中。每个从壳底部朝向壳外部垂直延伸的引脚通常是圆柱形的且具有与另一引脚不同的直径。从而，每个引脚的长度大于壳的深度，以便穿出到壳的外部。
柔性衬底的第一部分2a包括其直径对应于其中一个引脚21的直径的第一孔10以及其直径对应于另一引脚22的直径的第二孔11。当盖子20安装在第一部分2a上时，上述引脚按照由上述引脚的形状而明确限定的方向和位置穿过这两个孔10、11。盖子的长度和宽度对应于柔性衬底2的第一部分2a的长度和宽度。
光电模块还可以包括由与盖子相同的材料或不同的材料制成的不透光的板30，该板30设置在第一部分2a的与盖子相反的一面上。这样，第一部分2a夹持在盖子20与所述板30之间，以便使模块的这个部分具有刚性。该板还包括两个通孔31、32，这两个通孔31、32具有与柔性衬底2的第一部分2a的孔10、11相同的位置和相同的直径。其自由端可以被倒圆或倒棱以便于引入每个孔中的引脚21、22也穿过板中的孔。一旦板在盖子上与第一部分安装，则可以通过适当的加热或接合将引脚的端部固定到板。
图3示出光电模块1的第三实施例的局部纵向截面侧图。光电模块1的该第三实施例与图2中示出的模块的区别仅在于其包括在固定到盖子20之前出现的另一透明光学透镜单元40。
应当注意的是，在该图3中，光电模块1的所有元件具有与参考图1和2所描述的同样的元件相同的参考标号。因此，为了简化，对于该第三实施例，不再重复对每个元件的描述。
以截面部分示出的盖子20包括圆柱形外部突出部分26。由此将光通路24制成为光圈的形式，以通过光感受器电路的光敏区域接收光。光由光源电路4产生且反射到工作表面上，以通过光感受器电路3的光敏区域经过光通路而被接收。
透明光学透镜单元40安装在盖子20的外表面上。该透明单元的在盖子20上形成接触的表面可以是与盖子的外表面互补的形状。这样，具有透镜42的形状的透明单元的一部分可以容纳在光源电路4上方的盖子的壳25中。而且，透明单元的互补部分41罩住盖子20的突出部分26。透镜43可以恰好形成在光通路24上方的透明单元中。
因此，该透明单元阻挡光圈孔25和通路24，也便于保护壳23中的两个电路3、4免受灰尘和环境条件的影响。该透明单元40可以由玻璃或优选由塑料制成。该透明单元可以用粘合剂或使用钩固(hooking)的方式固定到盖子，未示出上述固定方法。
由此，整个光电模块1可以安装到计算机鼠标60，如在图4中以简化的方式且部分截面所示。该光学鼠标60的盒包括设置在工作表面100上的底部61。如上所述，为了简化，将不再解释该模块的具有相同参考标号的大部分元件。
该光电模块安装在鼠标的盒60内部所述盒的底部61上方。固定到盖子20的透明光学透镜单元40设置在鼠标盒的底部61的光圈孔62上，该光圈孔62可以具有与透明单元的顶面区域相等的表面区域。该透明单元可以钩固或固定到盒的底部61。因为该单元固定到盒的底部，所以明确限定了保持在板30与盖子20之间的柔性衬底2的第一部分2a的位置。
包括盖子20、衬底2的第一部分2a以及板30的组合件被设置为部分穿过主印刷电路板50的贯穿光圈孔51。该主板以离开底板61限定的距离固定在鼠标60的盒中，该限定的距离对于鼠标的不同类型可以是不同的。这样，由于能够自由弯曲的柔性衬底2的连接部分2c，第二部分2b的连接终端9可以容易地连接到靠近贯穿光圈孔51的主板的对应的连接衬垫。因此，可以通过连接部分2c调整第一部分2a与第二部分2b之间的高度和间隔，而与其中安装了光电模块的计算机鼠标的类型无关。
根据刚才已经给出的描述，在不脱离权利要求所限定的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以设计出光电模块的多种遍体。在柔性衬底的第一与第二部分之间的连接部分可以是有角的部分或折叶(hinge)。通过扭曲该连接部分，可以将第二部分垂直于第一部分地固定到主板。

Claims (13)

1.一种光电模块(1)，包括至少一个光感受器电路(3)，所述光感受器电路能够采集直接或通过在外部表面上反射的来源于光源的光，所述光感受器电路安装在衬底(2)上，所述光感受器电路的接触衬垫(6)电连接(7)到所述衬底的对应衬垫(5)，所述对应衬垫(5)连接到所述衬底的传导路径(8)，其特征在于，所述衬底是柔性衬底，其包括第一部分(2a)、第二部分(2b)以及在所述第一部分与所述第二部分之间的连接部分(2c)，在所述第一部分(2a)上安装且电连接所述光感受器电路(3)，所述第二部分(2b)包括电连接终端(9)，所述连接部分(2c)用于将所述第一部分的一些传导路径(8)连接到所述第二部分的所述连接终端(9)，所述连接部分允许相对于所述第一部分调整所述第二部分的高度和/或间隔。
2.根据权利要求1的光电模块(1)，其特征在于，通过金属连接导线将所述光感受器电路(3)的所述接触衬垫(6)连接到所述柔性衬底(2)的所述第一部分(2a)的所述对应衬垫(5)，以及特征在于，所述光感受器电路包括第一光敏区域(3b)和第二区域(3a)，所述第一光敏区域(3b)用于采集所接收的光，所述第二区域(3a)与用于处理由所述第一区域提供的信号的单元并置。
3.根据前述权利要求中任何一项的光电模块(1)，其特征在于，光源电路(4)安装在所述柔性衬底(2)的所述第一部分(2a)的与所述光感受器电路(3)相同的面上，以及特征在于，所述光源电路(4)通过所述第一部分的至少两个传导路径(8)电连接到所述光感受器电路(3)的至少两个接触衬垫(6)。
4.根据权利要求1的光电模块(1)，其特征在于，金属凸起被制作在所述光感受器电路的所述接触衬垫上，以便直接连接到所述衬底的以与所述金属凸起相同排列设置的所述对应衬垫，特征在于，所述光感受器电路包括第一光敏区域(3b)和第二区域(3a)，所述第一光敏区域(3b)用于采集所接收的光，所述第二区域(3a)与用于处理由所述第一区域提供的信号的单元并置，以及特征在于，穿过所述柔性衬底的所述第一部分与所述第一光敏区域(3b)相反地设置光通路光圈孔。
5.根据权利要求4的光电模块(1)，其特征在于，在所述柔性衬底(2)的所述第一部分(2a)上，在与所述光感受器电路(3)的面相反的面上安装光源电路(4)，以及特征在于，通过至少两个穿过所述第一部分的传导路径(8)将所述光源电路(4)电连接到所述光感受器电路(3)的至少两个接触衬垫(6)。
6.根据前述权利要求中的任何一项的光电模块(1)，其特征在于，在所述第一和第二部分之间，所述柔性衬底(2)的所述连接部分(2c)被制作成L形，特征在于，所述连接部分的宽度小于所述第一部分(2a)的从其连接所述连接部分的一侧的宽度，优选小于所述第一部分宽度的一半。
7.根据权利要求6的光电模块(1)，其特征在于，所述连接部分(2c)的长度包括在所述第一部分(2a)长度的一半到两倍之间。
8.根据权利要求1至3中任何一项的光电模块(1)，其特征在于，其包括设置在所述柔性衬底的所述第一部分上的在所述光感受器电路(3)的一侧上的不透光盖子，特征在于，所述盖子包括设置在所述光感受器电路(3)的光敏区域(3b)上方且制作在所述盖子的外部突出部分(26)中的光通路(24)。
9.根据权利要求8的光电模块(1)，其特征在于，所述盖子(20)包括设置在用于所述光感受器电路(3)的壳(23)内部的两个对角相反的拐角附近的两个定位引脚(21，22)，特征在于，从所述壳的底部朝向所述壳的外部延伸的每一个引脚通常是圆柱形的且具有与另一引脚不同的形状，以及特征在于，所述柔性衬底(2)的所述第一部分(2a)包括其直径对应于其中一个引脚的直径的第一孔(10)以及其直径对应于另一引脚的直径的第二孔，以便所述引脚以明确限定的方向和位置穿过所述两个孔。
10.根据权利要求9的光电模块(1)，其特征在于，在所述柔性衬底(2)的所述第一部分(2a)的与所述光感受器电路相同的面上将光源电路(4)安装在所述盖子(20)的壳(23)中，以及特征在于，所述盖子包括用于通过由所述光源产生的光的光圈孔(25)，所述光圈孔为容纳透明单元(40)的光学透镜部分(42)而设置，且其尺寸大于所述光源电路的发射表面。
11.根据权利要求8至10中任何一项的光电模块(1)，其特征在于，其包括不透光的板(30)，所述不透光的板(30)装配有两个与所述柔性衬底(2)中的所述孔(10，11)的直径相同并且以与所述柔性衬底的所述孔的相同的方式定位的通孔(31，32)，以便于所述盖子的所述两个引脚穿过所述两个通孔(31，32)，从而将所述衬底(2)的所述第一部分(2a)密封在所述盖子(20)与所述板之间。
12.根据权利要求8至11中任何一项的光电模块(1)，其特征在于，具有与所述盖子的外表面互补的形状的透明单元(40)被安装在所述盖子(20)的外表面的一部分上，以及特征在于，所述透明单元包括至少一个透镜，所述头颈设置在所述光感受器电路(3)的所述光敏区域(3b)上的所述突出部分(26)上方的所述光通路(24)上。
13.一种包括根据权利要求12的光电模块的计算机鼠标，所述计算机鼠标包括在盒(60)中的离开所述盒的底部(61)一定距离的主印刷电路板(50)，其特征在于，所述模块的所述透明透镜单元(40)固定到所述盒的所述底部，且位于制作在所述盒的所述底部中的用于光的通过和接收的贯穿光圈孔(62)的上方，特征在于，由所述盖子(20)和所述柔性衬底(2)的所述第一部分(2a)形成的组合件被固定在所述盒的内部且在所述透明单元上，并被设置在所述主板中的贯穿光圈孔(51)内的一部分中，以及特征在于，所述柔性衬底(2)的所述第二部分(2b)的所述连接终端(9)连接到与所述板中的所述贯穿光圈孔邻近的所述主板的对应的连接衬垫，通过所述连接部分(2c)，相对于所述柔性衬底(2)的所述第一部分(2a)，并且作为所述主板与所述盒的所述底部之间的间隔的函数，来调整所述第二部分的高度和/或间隔。
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