CN102855027A - 光学手指导航装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学手指导航装置,提供了一种用于诸如手持便携式装置的装置的光学手指导航(OFN)封装件。OFN装置可以包括引线框架、光传感器和透明模制化合物,该模制化合物对光传感器和引线框架进行封装以形成封装件。模制化合物可以包括布置在其上以将光朝向光传感器引导的光引导系统。OFN封装件还可以包括遮光材料,其布置在模制化合物上给光传感器遮蔽杂散光。

Description

光学手指导航装置
技术领域
本发明涉及光学手指导航(optical finger naVigation)装置。
背景技术
光学导航传感器通常被用于表面导航输入装置,诸如计算机的光学鼠标。在上下文中,导航指的是向计算机提供输入功能,用于操纵计算机系统的操作。一般来说,光学输入装置对导航表面(诸如鼠标垫或工作表面)与光学输入装置内的传感器之间的相对运动进行跟踪。光由诸如发光二极管的光源朝向导航表面或目标物体照射。被照射的导航表面的图像由传感器拍摄,随后被处理并进一步转换为输入装置上的光标移动。
近年来,光学手指导航装置已经被广泛地用在许多小型手持装置中,诸如移动手机,以通过将手指简单的在这种便携式装置的手指界面表面上移动来提供导航输入功能。光学手指导航装置的一般概念与传统的鼠标类似。一个差异在于用于手指导航的传感器一般被定位为面向上而非向下。相比于传统的光学鼠标系统,光学手指导航装置使用光源来照明用户的手指而非工作表面。导航信号之后基于连续拍摄的手指的图像的比较来产生。
光学导航系统可以被有效地用在许多小型手持装置中,诸如移动手机或游戏主机控制器。然而,典型的光学导航封装件公知为包括被包封在模制化合物(mold compound)中的光学传感器以及透镜,它们都会增加封装件的高度和尺寸。随着封装件尺寸变得更小,制造处理不利地变得更加复杂和昂贵。因此,期望可以容易制造并且更加廉价的薄且小轮廓的光学导航装置。此外,也期望提供具有用在各种手持装置中的多功能性的光学导航装置。附加的优点将会通过实施需要更少组件部分以及减小组装和组件成本的光学导航解决方案来实现。
发明内容
本发明提供了一种光学手指导航封装件。该光学手指导航封装件包括:引线框架,其具有顶表面和底表面;光传感器,其具有第一表面和第二表面;模制化合物,其将光传感器和引线框架封装到一起,以形成封装件;其中,模制化合物包括前表面和后表面以及至少一个侧表面;光引导系统,其布置在与传感器的第一表面相邻的模制化合物的前表面上;第一遮光材料和第二遮光材料,第一遮光材料布置在模制化合物的前表面的至少一部分上并且第二遮光材料布置在传感器的第二表面上。
附图说明
将会参照附图描述本发明,附图示出了本发明的各个实施例的不同方面,其中:
图1是具有光学手指导航装置的手持装置的立体图;
图2是光学手指导航封装件的一个实施例的局部分解图;
图3是光学手指导航封装件的截面图;
图4是具有结合在其中的超薄光学手指导航封装件的手持装置的一个实施例的框图;
图5是手指导航封装件的分解立体图;
图6是引线框架的一个实施例的立体图;
图7是具有引线的引线框架的立体图;
图8是具有遮光材料的手指导航封装件的一个实施例的截面图;以及
图9是示出了制造超薄手指导航封装件的方法的流程图。
具体实施方式
光学手指导航(下文中称作OFN)装置为电子装置提供用户接口。OFN在小型手持电子装置中特别有用,诸如移动电话、遥控器、游戏主机控制器、便携式音乐播放器或通常受益于能够由手指操作的导航功能的其他装置。
图1示出了移动电话100,其包括OFN装置102。OFN装置102允许用户利用手指(诸如图4中示出的手指302)操作移动电话100的功能。例如,移动电话100可以在显示器104上具有图形用户界面(GUI),OFN装置102可以被结合到电话中提供GUI的导航功能。图1具体地使出了手持移动电话,然而,OFN装置102可以被结合到其他电子装置中,诸如上文列举的那些,来提供各种导航操作。
图2到图9示出了本发明的各个实施例。然而,应当理解可以修改其他实施例而不超出本发明的范围。例如,OFN封装件可以被修改为用在开放空间(free-space)导航应用中,诸如开放空间演示指点器。在这种情况下,可以包括广角透镜,以使得OFN封装件能够随着指点器移动而从开放空间拍摄图像。OFN封装件可以将所拍摄的图像的表面特征互相关,并且随后将指点器移动转换为相应的光标移动。
图2是光学手指导航封装件200的一个实施例的局部分解图。OFN封装件200包括光传感器202、引线框架(lead frame)204和模制化合物206。模制化合物206将光传感器202和引线框架204包封到一起以形成封装件200。OFN封装件200也包括布置在模制化合物206上的光引导系统208以将光朝向光传感器202引导。应当注意,OFN封装件200可以具有各种构造,作为特征的组件可以被布置成其他朝向;方向性的术语是用于示意性目的并且决不是限制。
在由图2示出的实施例中,OFN封装件200包括光传感器202、引线框架204、模制化合物206(具有前表面209、后表面211(诸如图3中示出的后表面)和至少一个侧表面213)、光引导系统208(布置在模制化合物206的前表面209上)以及遮光材料210(覆盖前表面209的至少一部分)。遮光材料210被构造为防止杂散光进入光传感器202并干扰装置的导航操作。
光传感器202能够接收通过前表面209进入的光,例如,从手指(诸如图3中示出的手指302)反射的光。光传感器202被构造为拍摄手指的多个图像并且随后将这些图像的表面特征进行互相关,从而以ΔX(deltaX)和ΔY的方向性运动向量的形式判断手指302与保持装置的相对运动。光传感器202被构造为进行处理并进一步将所判断的运动数据转换为手持装置上的相应光标移动。在一个实施例中,光传感器202可以是现有技术中已知的任何类型的光学传感器,诸如光探测器、电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器或其他类似的传感器类型装置。在一个实施例中,光传感器202可以由一个或多个引线键201电连接到引线框架204的顶表面214。
图3是光学手指导航封装件200的截面图。OFN封装件200包括光传感器202、引线框架204和模制化合物206,模制化合物206将光传感器202和引线框架204包封到一起以形成封装件200。OFN封装件200包括用于将光传感器202和引线框架204封装到一起的透光或透明的模制化合物206。模制可以通过任何合适的模制处理完成。例如,模制化合物206可以由传统的注射模制处理模制在光传感器202和引线框架204上。模制化合物206可以是任何合适的模制材料。例如,透明的模制化合物206可以是Nitto Denko制造的,零件编号为NT8506。然而,也可以使用诸如透明环氧树脂的其他透明化合物。
在一个实施例中,光传感器202的第二表面205在模制化合物206的后表面211上暴露。遮光材料410被布置在第二表面205上,以防止杂散光通过光传感器202的底部进入。如图3所示,光传感器202由模制化合物206封装并且被构造为在其中“浮动”。光传感器202可以以使得整个光传感器202除了第二表面205之外都由模制化合物206覆盖的方式布置在模制化合物206中。从而使得光传感器202看起来在模制化合物206内“浮动”。光传感器202的第二表面205在后表面211上暴露也可以有助于良好的热性能。因此,在操作期间产生的热可以通过第二表面205更有效地散失。此外,第二表面205的暴露也可以致使OFN封装件200更薄并且能够使其受到随后的组装处理时更具有通用性。
光传感器202被一个或多个引线键201电连接到引线框架204的顶表面214。在一个实施例中,引线框架204的顶表面214可以包括用于引线键合(wire bonding)的引线键合焊盘(未示出)。引线框架204的底表面216可以包括触点焊盘,以进一步有助于组装处理。在另一个实施例中,底表面216可以在OFN封装件200的底面上暴露,以允许进一步组装。通过允许使用本领域中公知的芯片表面安装机将OFN封装件200安装在手持装置上,所暴露的底表面216也可以使得OFN封装件200适合于进一步组装到任何的手持装置。
如图3所示,OFN封装件200包括布置在模制化合物206上的光引导系统208,以将光朝向光传感器202引导。在一个实施例中,光引导系统208可以以各种方式实施并且可以包括形成在模制化合物206的前表面209上的凹陷区域220或镜面表面。光引导系统208可以形成在与光传感器202的第一表面203相邻的前表面209上。光引导系统208的位置也可以基本与第一表面203对准,以允许光被有效地朝向光传感器202传递。在某些实施例中,光引导系统208也可以包括以各种不同方式形成在前表面209上的经处理的表面。例如,可以使用精细等级的透镜抛光机来对前表面209的进行处理或抛光,以在其上形成光引导系统208。
在可选实施例中,当用模制化合物206模制光传感器202和引线框架204时,光引导系统208也可以在同一模制处理中同时形成。此外,光引导系统208还可以被抛光以产生镜面的表面,以改善其性能。或者,具有平坦的或平面的前表面209的模制化合物206可以首先被模制,光引导系统208可以随后形成。在一个实施例中,把光引导系统208向模制化合物206的前表面209上集成可以避免对于将光朝向光传感器202引导的额外透镜系统的需要;因此,使得超薄OFN封装件200成为可能。
在一个实施例中,图示的OFN封装件200是超薄封装件。OFN封装件200的整体厚度可以由模制化合物206的厚度限制。类似地,厚度也可以由模制化合物206形成OFN封装件200的模制性能限制。例如,OFN封装件200可以具有比引线框架204略厚的z厚度,从而使其超薄。OFN封装件200可以具有0.325mm的封装件z高度,从而引线框架204可以具有0.2mm以下的厚度。
因为可以使得OFN封装件超薄;因此,其可以适合于用在各种小型和薄型手持装置。图4是结合了提供手指导航操作的超薄光学手指导航封装件的手持装置400的一个实施例的框图。例如,封装件402可以被组装在手持装置400的PCB 408上,从而引线框架204的暴露的底表面216与PCB 408直接接触。可以通过本领域中公知的芯片表面安装机或焊接机组装封装件402。具体地,芯片表面安装技术已经被广泛地采用在许多自动IC封装组装线中并且在高效率和低成本处理方面特别有名。然而,可以采用其他组装方法,诸如传统的焊接流程处理。手持装置400包括导航表面404或者用于用户放置操作导航功能的物体(例如,手指302)的指定触摸区域。除了手指302之外,诸如触摸笔、笔或其他类似物体的其他物体可以被用于对手持装置400进行导航。在一个实施例中,手持装置400包括被构造为朝向导航表面404发射光的光源406。光源406可以被布置为与封装件402相邻而不增加手持装置400的整体z高度。光源406可以是相干光源或非相干光源。此外,光源406可以是可见的LED或非可见光LED(例如IR LED)。光源406的选择通常由应用所确定。然而,应当注意光源406可以是多于一个光源,这可能是某些应用所需的。
图5是光学手指导航封装件的分解立体图。OFN封装件500包括与引线框架504电连接的光传感器502、第一遮光材料510和第二遮光材料520。在一个实施例中,第一遮光材料510被构造为覆盖顶表面509的至少一部分以防止不期望的杂散光进入光传感器502。在另一个实施例中,OFN封装件500可以进一步包括布置在光传感器502的第二表面205(诸如图3中示出的后方第二表面)上的第二遮光材料520。第二遮光材料520被构造为进一步防止杂散光通过模制化合物的底部进入。
图6是引线框架600的一个实施例的立体图。图示的引线框架600包括顶表面614和与顶表面614相反的底表面616。在一个实施例中,引线框架600被蚀刻并且不具有管芯安装(die-attached)的焊盘。引线框架600也包括多个端子或引线602。引线框架600可以由传统的冲压工艺形成。在一个实施例中,引线框架600还被蚀刻以加强封装件的完整性。引线框架600还是方形扁平无引脚封装件(QFN)引线框架,诸如铜QFN引线框架。每根引线602的顶表面614可以包括用于引线键合的引线键合焊盘。底表面616可以包括平坦表面,以作为用于进一步组装处理的接触焊盘。
图7是具有引线702的引线框架700的立体图。图示的引线框架700包括顶表面714和与顶表面714相反的底表面716。在一个实施例中,引线框架700也包括多个端子或引线702。在图7中,引线710是一根引线702的放大俯视立体图,而引线720表示相同的引线702的仰视立体图。在一个实施例中,引线框架包括用于提供改善模制化合物与引线框架700之间的互锁强度的锁定特征的一个或多个蚀刻区域。在模制过程中,模制化合物506的一部分(诸如图5中示出的模制化合物)可以围绕引线框架700的蚀刻区域(例如,引线710和720的底部区域704和706)形成,并且将模制化合物对于引线框架700锁定。当封装件受到应力时,这种锁定特征可以减小模制化合物506从引线框架剥落的可能性。
图8是具有遮光材料的手指导航封装件800的一个实施例的截面图。在一个实施例中,OFN封装件800包括布置在透明的模制化合物803的前表面801上的第一遮光材料802、布置在光传感器807的第二表面805上的第二遮光材料804以及覆盖透明模制化合物803的侧表面809的第三遮光材料806。第一遮光材料802可以仅覆盖前表面801的一部分。如果在OFN封装件800上方或附近存在光源(未示出),诸如与在先描述的图3类似,遮光材料802可以防止杂散光通过前表面801进入光传感器807。在另一个实施例中,OFN封装件800包括布置在光传感器807的第二表面805上的第二遮光材料804,以防止杂散光通过OFN封装件800的底部进入。在另一个实施例中,OFN封装件800包括覆盖模制化合物803的侧表面809的第三遮光材料806,以防止杂散光通过侧面进入。然而,作为设计选择,上述遮光材料中的任何一者可以被可选择地涂布到需要对抗杂散光进行保护的区域。例如,遮光材料可以按照客户的要求而仅涂布到封装件上的某些区域。
图9是示出了制造超薄手指导航封装件的方法的流程图。在步骤10处开始,提供耐热带(heat resistant tape)和引线框架。耐热带是“Kapton”带,其在本领域中公知为适合于用于封装组装处理的高温带。在另一个实施例中,引线框架不具有管芯安装的焊盘,并可以包括顶表面和底表面。在步骤12处,将引线框架布置在耐热带上。在步骤14处,将遮光材料布置在耐热带的至少一部分上。在步骤16处,提供光传感器,其中光传感器具有顶表面和底表面。在步骤18处,将光传感器布置在耐热带上,使得光传感器的底表面由遮光材料覆盖。在步骤20处,通过引线键合将光传感器电连接到引线框架。在步骤22处,透明模制化合物被模制在光传感器和引线框架上,其中,光传感器和引线框架的底表面都被暴露。在步骤24处,将光引导件布置在模制化合物的顶表面上,其中,光引导系统被布置为与光传感器的顶表面相邻并且基本与其对准。光引导系统是镜面抛光的表面并且被构造为将光朝向光传感器引导。在步骤26处,将遮光材料布置在模制化合物的顶表面上,其中,遮光材料被构造为给光传感器遮挡杂散光。在步骤28处,移除耐热带,以暴露传感器和引线框架的底表面。
虽然已经描述并示出了本发明的具体实施例,但是本发明不局限于所描述并示出的部件的具体形式或者布置。本发明的范围由权利要求及其等价物限定。

Claims (20)

1.一种光学手指导航封装件,包括:
引线框架,其具有顶表面和底表面;
光传感器,其具有第一表面和第二表面;
模制化合物,其将所述光传感器和所述引线框架包封到一起,以形成所述封装件;其中,所述模制化合物包括前表面和后表面以及至少一个侧表面;
光引导系统,其布置在与所述传感器的第一表面相邻的所述模制化合物的前表面上;以及
第一遮光材料和第二遮光材料,所述第一遮光材料布置在所述模制化合物的前表面的至少一部分上,所述第二遮光材料布置在所述传感器的第二表面上。
2.根据权利要求1所述的光学手指导航封装件,其中,所述光引导系统包括被构造成把光朝向所述光传感器引导的凹陷区域。
3.根据权利要求1所述的光学手指导航封装件,其中,所述光引导系统包括被构造成把光朝向所述光传感器引导的镜面表面。
4.根据权利要求1所述的光学手指导航封装件,其中,所述光引导系统与所述光传感器的第一表面基本对准。
5.根据权利要求1所述的光学手指导航封装件,其中,所述引线框架受到蚀刻以加强所述模制化合物和所述引线框架之间的互锁强度。
6.根据权利要求1所述的光学手指导航封装件,其中,所述引线框架的底表面被暴露以允许进一步组装。
7.根据权利要求1所述的光学手指导航封装件,其中,所述光传感器通过引线键合而电连接到所述引线框架。
8.根据权利要求1所述的光学手指导航封装件,其中,所述光传感器被构造为在所述模制化合物内浮动。
9.根据权利要求1所述的光学手指导航封装件,其中,所述光传感器的第二表面覆盖有所述第二遮光材料,并且暴露在所述模制化合物的后表面上。
10.根据权利要求1所述的光学手指导航封装件,还包括布置在所述模制化合物的至少一个侧表面上的第三遮光材料。
11.根据权利要求1所述的光学手指导航封装件,其中,所述遮光材料被构造成给所述光传感器遮蔽杂散光。
12.根据权利要求1所述的光学手指导航封装件,其中,所述封装件具有小于或等于0.325mm的厚度。
13.一种超薄光学手指导航封装件,其包括:
蚀刻的引线框架,其具有顶表面和底表面;
光传感器,其具有第一表面和第二表面;
模制化合物,其将所述光传感器和所述引线框架包封到一起,以形成所述封装件;其中,所述模制化合物包括前表面和后表面以及至少一个侧表面;
光引导系统,其布置在与所述光传感器的第一表面相邻的所述模制化合物的前表面上;以及
遮光材料,其布置在所述模制化合物的前表面的至少一部分、所述光传感器的第二表面以及所述模制化合物的至少一个侧表面上;其中,所述遮光材料被构造成给所述光传感器遮蔽杂散光;
其中,所述光引导系统与所述光传感器的第一表面基本对准,并且被构造成把来自所述模制化合物的前表面的光朝向所述光传感器引导;
其中,所述光传感器的第二表面暴露并且所述光传感器被构造成在所述模制化合物中浮动。
14.根据权利要求13所述的光学手指导航封装件,其中,所述光引导系统包括被构造成把光朝向所述光传感器引导的凹陷区域。
15.根据权利要求13所述的光学手指导航封装件,其中,所述光引导系统包括被构造成把光朝向所述光传感器引导的镜面表面。
16.根据权利要求13所述的光学手指导航封装件,其中,所述光传感器通过引线键合而电连接到所述引线框架。
17.根据权利要求13所述的光学手指导航封装件,其中,所述引线框架的底表面被暴露以允许进一步组装。
18.根据权利要求13所述的光学手指导航封装件,其中,所述封装件具有小于或等于0.325mm的厚度。
19.一种超薄光学手指导航封装件,其包括:
引线框架;
光传感器;
模制化合物,其将所述光传感器和所述引线框架包封到一起,以形成所述封装件,其中,所述光传感器被构造成在所述模制化合物中浮动;
光引导系统,其布置在所述模制化合物上;以及
至少一个遮光材料,其布置在所述模制化合物的至少一部分上,其中,所述遮光材料被构造为给所述光传感器遮蔽杂散光;
其中,所述光引导系统与所述光传感器基本对准并且被构造成把光通过所述模制化合物朝向所述光传感器引导。
20.根据权利要求19所述的光学手指导航封装件,其中,所述封装件具有小于或等于0.325mm的厚度。
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