CN102620822A - 光亮度和接近度多芯片集成传感器及其封装的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了对光亮度和接近度多芯片集成传感器及其封装的方法，通过应用红外光隔离并带有嵌入式凹型槽的底板，将红外光发射模块，集成芯片模块直接嵌入并连接到底板上，红外光发射及感应模块被底板上的红外光隔离墙隔开，必要时，模块顶部可盖上红外光隔离的盖板，在红外光发射模块，红外光感应模块，环境光感应模块的正上方的盖板上开出大小适合的孔，以保证红外光及环境光通道畅通，底板可用预先注塑红外隔离聚合物的印刷线路板或铜金属框架，或陶瓷的底板结构，来隔离接近度传感器发射元件和接收元件之间的串扰；顶部可选择性地增加盖板，盖板可以金属，陶瓷或可隔离红外光的聚合物制成。

Description

光亮度和接近度多芯片集成传感器及其封装的方法
技术领域
本发明涉及光亮度和接近度传感器的领域，特别涉及一种光亮度和接近度多芯片集成传感器及其封装的方法。
背景技术
光亮度传感器可以感知外界的环境光亮度，它通常包括光电二极管结构感知光信号，通过镀膜或者信号处理的方式，使传感器的响应光谱接近人的眼睛。接近度传感器可以感知物体的接近程度，它包括发射和接收两部分，发射器会发射经过脉冲信号调制的红外光信号，经过物体反射的光被接收器接收，通过信号处理，得到与距离相关的信息。对于红外接近度传感器而言，发射器和接收器之间的隔离，对于探测距离和可靠性非常重要。电子设备，例如手机、平板电脑、显示器等，可以利用这些感知的信息控制背光亮度、扬声器音量等。 
 但是现在这两个传感器都是分开应用于电子设备上，这样使得电子设备的可用空间减少，同时要分别控制这两个传感器，非常的不方便。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种生产工艺简单的光亮度和接近度多芯片集成传感器及其封装的方法。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光亮度和接近度多芯片集成传感器，包括红外光发射模块、多芯片集成模块、将模块嵌入并隔绝红外光的主体结构和盖板。
作为本发明的进一步改进，所述红外光发射模块包括红外光发射器芯片、用于安装红外光发射器芯片的第一衬底、覆盖在第一衬底上的第一透明密封成型组件和覆盖在第一衬底下的第一金属焊球。
作为本发明的进一步改进，所述多芯片集成模块包括红外光发射驱动电路、红外光接受器感应芯片、环境光接受器感应芯片、模拟及数字信号处理机主控芯片、集成上述芯片的集成电路(IC)、用于安装上述集成电路(IC)的第二衬底、覆盖在第二衬底上的第二透明密封成型组件和覆盖在第二衬底下的第二金属焊球。
作为本发明的进一步改进，所述主体结构是通过预制注塑或成型在印刷电路板或铅铜框架上，所述主体结构具有两个或两个以上凹槽，凹槽之间的材料是对近红外光透射隔离的聚合物、金属或陶瓷中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述盖板是对红外光波长透射隔离的直接预先成型的聚合物或机械加工的金属片或陶瓷片中的一种，所述盖板上具有两个或以上开孔。
作为本发明的进一步改进，所述第一衬底和第二衬底是印刷电路板或铅铜框架或是具有印刷电路的陶瓷结构中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述第一透明密封成型组件和第二透明密封成型组件是可见光和红外光的光学环氧树脂或聚合物，所述第一透明密封成型组件还包括第一光学透镜，所述第二透明密封成型组件还包括第二光学透镜。
作为本发明的进一步改进，所述红外光感应芯片，环境光感应芯片和模拟及数字信号处理机主控芯片集成为单一的芯片。
作为本发明的进一步改进，所述的多芯片集成模块可由单一的红外感应模块、环境光感应模块和模拟及数字信号处理主控集成芯片模块组成。
所述的光亮度和接近度多芯片集成传感器的封装方法，所述方法包括如下步骤：
A、红外发射模块封装：首先将红外光发射器芯片通过固晶工艺固定在带有印刷电路的第一衬底上，然后通过半导体焊线工艺将红外光发射器芯片与第一衬底联接，再通过聚酯成型将第一透明密封成型组件覆盖在第一衬底上，最后在衬底下粘接第一金属焊球。
B、多芯片集成模块封装：首先将由红外光发射驱动电路、红外光接受器感应芯片、环境光接受器感应芯片和模拟及数字信号处理机主控芯片集成的集成电路(IC)上通过固晶工艺固定在第二衬底上，然后通过半导体焊线工艺将集成电路(IC)与第二衬底联接，再通过聚酯成型将第二透明密封成型组件覆盖在第二衬底上，最后在衬底下粘接第二金属焊球。
C、总封装：首先通过预成型制成将模块嵌入并隔绝红外光的主体结构，然后通过贴片工艺或固晶工艺将红外发射模块和多芯片集成模块固定在主体结构内，最后在主体结构上可选择地固定一盖板。
本发明的有益效果是：本发明通过将光亮度传感器和接近度传感器集成在一起，大大的减小了传感器的体积，节省了电子设备的空间，同时将红外光感应芯片，环境光感应芯片和模拟及数字信号处理机主控芯片可集成为单一的芯片，使得控制更加方便，本发明的生产工艺简单，生产成本低。
 
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2 为本发明中红外光发射模块示意图 ；
图3 为本发明中红外光发射模块侧面的剖视图；
图4为本发明中多芯片集成模块示意图 ；
图5为本发明中多芯片集成模块侧面的剖视图；
图6为本发明中主体结构的示意图；
图7为本发明中主体结构的俯视图图；
图8为本发明中模块封装的流程示意图；
图9为本发明中传感器总封装的流程示意图；
图10为本发明工作状态示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
 如图1所示，本发明提供了一种光亮度和接近度多芯片集成传感器，包括红外光发射模块1、多芯片集成模块2、将模块嵌入并隔绝红外光的主体结构3和盖板4，如图2和图3所示，所述红外光发射模块包括红外光发射器芯片11、用于安装红外光发射器芯片11的第一衬底13、覆盖在第一衬底13上的第一透明密封成型组件14和覆盖在第一衬底13下的第一金属焊球15或其它导电胶状材料，其中，所述红外光发射器芯片可为红外LED。如图4和图5所示，所述多芯片集成模块包括红外光发射驱动电路、红外光接受器感应芯片、环境光接受器感应芯片、模拟及数字信号处理机主控芯片、集成上述芯片的集成电路(IC)27、用于安装上述集成电路(IC)27的第二衬底24、覆盖在第二衬底24上的第二透明成型组件25和覆盖在第二衬底24下的第二金属焊球26或其它导电胶状材料，所述红外光和环境光感应接受器芯片可从PIN二极管，光电二极管和光电晶体管的群组中选择。如图6和图7所示，主体结构3是通过预制注塑或成型在印刷电路板或铅铜框架上，所述主体结构3具有两个或两个以上凹槽31，凹槽31之间的材料是对近红外光（波长为700nm-1100nm）透射隔离的聚合物、金属或陶瓷中的一种，主体结构具有连接各模块的引线框。所述盖板4是对近红外光透射隔离的直接预先成型的聚合物或机械加工的金属片，所述盖板4上具有两个或以上开孔41，如图10所示，由发射模块发射的红外光可透过第一开孔到达接近物体，从接近物体反射回来的光可透过第二开孔到达光感应器，环境光也可透过第二开孔到达环境光感应器。所述第一衬底13和第二衬底24是印刷电路板，所述第一透明密封成型组件14和第二透明密封成型组件25是可见光和红外光的光学环氧树脂，所述第一透明密封成型组件14还包括第一光学透镜，所述第二透明密封成型组件25还包括第二光学透镜，所述红外光感应芯片，环境光感应芯片和模拟及数字信号处理机主控芯片可以集成为单一的芯片，多芯片集成模块可由单一的红外感应模块、环境光感应模块和模拟及数字信号处理主控集成芯片模块组成。
所述传感器可应用到所选择的电子装置：智能手机，平板电脑，相机，电子相薄，个人计算机，笔记本计算机，电子游戏机，个人数字助理，非接触式开关，自动干手机，工业控制以及自动售卖机等。
本发明还提供了所述光亮度和接近度多芯片集成传感器的封装方法，流程图如图8和图9所示，包括如下步骤：
A、红外发射模块封装：首先将红外光发射器芯片11通过使用固晶设备(如ASM8930/838或ESEC2100)固定在第一印刷线路板（或铝铜框架）上，然后在175°下烘烤固晶胶一小时，固晶胶为可导电的银胶（如FP-5100 或FP-5053等），然后通过使用焊线设备（如ASM EAGLE 60/KNS Connx）将红外光发射器芯片11与第一印刷线路板（或铝铜框架）联接，焊线为金线，如TANAKA GFB 1.0mil金线，再通过使用注塑成型机（如单井注塑机等）聚酯成型制成第一透明密封成型组件14覆盖在第一印刷线路板（或铝铜框架）上，成型聚脂材料为透明胶（如NITTO DENKO NT-8506/NT-324），最后在第一印刷线路板（或铝铜框架）下粘接第一金属焊球15或其它导电胶状材料。
B、多芯片集成模块封装：首先将由红外光发射驱动电路、红外光接受器感应芯片、环境光接受器感应芯片和模拟及数字信号处理机主控芯片集成的集成电路 (IC) 27上通过使用固晶设备(如ASM8930/838或ESEC2100)将其固定在第二印刷线路板（或铝铜框架）上，然后在175°下烘烤固晶胶一小时，固晶胶可为绝缘胶（如ABLEBOND 2025D等），然后通过使用焊线设备（如ASM EAGLE 60/KNS Connx）将集成电路（IC）27与第二印刷线路板（或铝铜框架）联接，焊线为金线如TANAKA GFB 1.0mil线，再通过使用注塑成型机（如单井注塑成型机）聚酯成型制成第二透明密封成型组件25覆盖在印刷第二线路板（或铜框架）上，成型聚脂材料为透明胶（NITTO DENKO NT-8506/NT-324），最后在第二印刷线路板（或铝铜框架）下粘接第二金属焊球26或其它导电胶状材料。
C、总封装：首先通过预成型制成将模块嵌入并隔绝红外光的主体结构3，用贴片机将各模块放置(Pick and Place)在凹槽内，然后通过软熔焊接（Reflow）方式用设备（Reflow热炉）将红外发射模块1和多芯片集成模块2（可由单一的红外感应模块、环境光感应模块和模拟及数字信号处理主控集成芯片模块组成）固定在主体结构3内，或也可通过设备（ASM 8930/838或ESEC2100）用导电固晶胶将红外发射模块1和多芯片集成模块2固定在主体结构3内，最后在主体结构3上可选择地固定一盖板4。

Claims (10)

1.一种光亮度和接近度多芯片集成传感器，其特征在于：包括红外光发射模块（1）、多芯片集成模块（2）、将模块嵌入并隔绝红外光的主体结构(3)和盖板(4)。
2.根据权利要求1所述的光亮度和接近度多芯片集成传感器，其特征在于：所述红外光发射模块1包括红外光发射器芯片 (11)、用于安装红外光发射器芯片（11）的第一衬底(13)、覆盖在第一衬底上的第一透明密封成型组件(14)和覆盖在第一衬底下的第一金属焊球 (15)。
3.根据权利要求1所述的光亮度和接近度多芯片集成传感器，其特征在于：所述多芯片集成模块(2)包括红外光发射驱动电路、红外光接受器感应芯片、环境光接受器感应芯片、模拟及数字信号处理机主控芯片、集成上述芯片的集成电路(IC) (27)、用于安装上述集成电路(27)的第二衬底(24)、覆盖在第二衬底(24)上的第二透明密封成型组件(25)和覆盖在第二衬底下的第二金属焊球（26）。
4.根据权利要求1所述的光亮度和接近度多芯片集成传感器，其特征在于：所述主体结构（3）是通过预制注塑或成型在印刷电路板或铅铜框架上，所述主体结构（3）具有两个或两个以上凹槽（31），凹槽（31）之间的材料是对近红外光透射隔离的聚合物、金属或陶瓷中的一种。
5.根据权利要求1所述的光亮度和接近度多芯片集成传感器，其特征在于：所述盖板（4）是对红外光波长透射隔离的直接预先成型的聚合物或机械加工的金属片或陶瓷片中的一种，所述盖板（4）上具有两个或以上开孔（41）。
6.根据权利要求2或3中所述的光亮度和接近度多芯片集成传感器，其特征在于：所述第一衬底（13）和第二衬底(24)是印刷电路板或铅铜框架或是具有印刷电路的陶瓷结构中的一种。
7.根据权利要求2或3中所述的光亮度和接近度多芯片集成传感器，其特征在于：所述第一透明密封成型组件（14）和第二透明密封成型组件（25）是可见光和红外光的光学环氧树脂或聚合物，所述第一透明密封成型组件（14）还包括第一光学透镜，所述第二透明密封成型组件（25）还包括第二光学透镜。
8.根据权利要求3所述的光亮度和接近度多芯片集成传感器，其特征在于：所述红外光接受器感应芯片，环境光接受器感应芯片和模拟及数字信号处理机主控芯片集成为单一的芯片。
9.根据权利要求3所述的光亮度和接近度多芯片集成传感器，其特征在于：所述的多芯片集成模块可由单一的红外感应模块、环境光感应模块和模拟及数字信号处理主控集成芯片模块组成。
10.一种光亮度和接近度多芯片集成传感器的封装方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
A、红外发射模块封装：首先将红外光发射器芯片（11）通过固晶工艺固定在带有印刷电路的第一衬底（13）上，然后通过半导体焊线工艺将红外光发射器芯片（11）与第一衬底（13）联接，再通过聚酯成型将第一透明密封成型组件（14）覆盖在第一衬底（13）上，最后在第一衬底（13）下粘接第一金属焊球（15）；
B、多芯片集成模块封装：首先将由红外光发射驱动电路、红外光接受器芯片、环境光接受器芯片和模拟及数字信号处理机主控芯片集成的集成电路(IC)（27）通过固晶工艺固定在第二衬底（24）上，然后通过半导体焊线工艺将集成电路(IC)（27）与第二衬底（24）联接，再通过聚酯成型将第二透明密封成型组件（25）覆盖在第二衬底上（24），最后在第二衬底（24）下粘接第二金属焊球（26）；
C、总封装：首先通过预成型制成将模块嵌入并隔绝红外光的主体结构（3），然后通过贴片工艺或固晶工艺将红外发射模块（1）和多芯片集成模块（2）固定在主体结构（3）内，最后在主体结构（3）上可选择的固定一盖板（4）。
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