CN103309476A - 光学感测模块及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光学感测模块，包含一影像感测组件，该影像感测组件具有光学感测功能的一传感器数组，以及一非感测功能的至少一控制单元，一发光芯片用于产生同调光源光线，光线经外界表面反射后为该传感器数组所接收，一承载该影像感测组件与该发光芯片的基板，一盖体设置于该基板，罩盖该影像感测组件与该发光芯片上并于该光线传递路径设有一透光部，前述光学感测模块设置于一基座上，该基座上另设有第二透光部供光线穿射。因本发明无须设置光学镜头，可降低生产成本，进而使整个光学鼠标传感器模块的组件尺寸缩小，可有效缩小光学感测模块至外界光线反射面的距离，因此降低光线在整个光程上的光损失，进而增加光学感测模块的灵敏度。

Description

光学感测模块及制造方法
技术领域
本发明涉及一种光学感测模块及其制造方法，尤其涉及一种包含影像感测组件与发光芯片的光学感测模块及其制造方法。
背景技术
在光学鼠标(Optical Mouse)应用领域，其光学感测模块主要包含一透镜、一影像感测组件以及一光源。其中常用的光源为发光二极管 (LED, Light Emitting Diode)或镭射二极管(LD, Laser Diode)等光学组件。光学鼠标在操作时，发光二极管所发出的光线会向四周发散而接触到透镜，并发生一连串的反射及折射。在主要光路中，光线穿过透镜而投射至工作桌面，经工作桌面反射至透镜的聚光部，由聚光部聚光，然后由影像感测组件加以获取，再利用数字信号处理组件计算出光学鼠标移动的距离与方向。
    在传统光学鼠标中，光学感测模块的发光芯片封装方式通常为晶体管外型封装(TO, Transistor Outline package)或灯型封装(lamp package)。图1所示为一种传统的光学感测模块30，而光学感测模块30是采用灯型封装的垂直共振腔面射型镭射32(VCSEL, Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)作为光源，其中垂直共振腔面射型镭射32设置于一电路板34上，而影像感测组件36设置于一固定座38内侧。垂直共振腔面射型镭射32与影像感测组件36之间设置一透镜构件40，垂直共振腔面射型镭射32所产生的光束42经由透镜构件40的汇聚而投射至桌面44，由桌面44反射的光束42经由透镜构件40的聚光部35汇聚而成像于影像感测组件36。
在此种设计中，由于垂直共振腔面射型镭射32的封装体积大(须额外增设结构固定件来固定透镜构件40)，且垂直共振腔面射型镭射32所产生的光束42需经透镜构件40经多次折射较长光程而投射至桌面44再反射至影像感测组件36，非主要光路上的光线无法被影像感测组件36接收，光束42在穿过透镜构件40时会发生能量损耗，容易造成整个光程上的光损失。为避免影像感测组件36所获取到的信号太过微弱而影响判读，除了在透镜构件40上设置聚光部（图1中未示出）以加强光信号外，垂直共振腔面射型镭射32的功率也不能太小。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种光学感测模块，其可有效降低光线的功率损耗。
本发明是这样实现的，一种光学感测模块，包含：
一影像感测组件，包括一传感器数组以及至少一控制单元，其中该传感器数组电连接该控制单元；
一发光芯片，用于产生一光线，该光线入射至一外界表面，该外界表面将该光线反射至该传感器数组；
一基板，承载该影像感测组件与该发光芯片；
一盖体，设置于该基板上，并罩盖该影像感测组件与该发光芯片，该盖体于该光线的传递路径上设有一第一透光部，以供该光线穿射。
具体地，该第一透光部的直径与该光线的波长之间的比值在10以上。
具体地，该发光芯片为一镭射二极管组件。
本发明还提供了一种光学鼠标激光指向装置，包含：
一影像感测组件，包括一传感器数组以及至少一控制单元单元，其中该传感器数组电连接该控制单元；
一发光芯片，用于产生一光线，该光线入射至一外界表面，该外界表面并将该光线反射至该传感器数组；
一基板，承载该影像感测组件与该发光芯片；
一盖体，设置于该基板上，并罩盖该影像感测组件与该发光芯片，该盖体于该光线的传递路径上设有一第一透光部，以供该光线穿射；以及
一基座，承载该基板与该盖体，其中该盖体位于该基座与该基板之间，且该基座于该光线之路径上设有一第二透光部，以供该光线穿射。
具体地，该第一透光部和该第二透光部均为一开口。
具体地，该第一透光部的直径与该光线的波长之间的比值在10以上，且该第二透光部的直径与该光线的波长之间的比值在10以上。
本发明还提供了一种光学感测模块的制造方法，包含：
进行一黏晶制程，以将一影像传感器晶粒与一镭射二极管晶粒装设于一基板上，其中该影像传感器晶粒与该镭射二极管晶粒电性连接；以及
将一盖体罩盖于该影像传感器晶粒与该镭射二极管晶粒上，该盖体于该镭射二极管晶粒所产生一光线的传递路径上设有一第一透光部。
具体地，该黏晶制程为芯片直接封装式制程。
具体地，该黏晶制程包括以下步骤：
在该基板的一平面上形成一接合材料；以及
固定该镭射二极管晶粒与该影像传感器晶粒在该接合材料上，其中该接合材料接合该镭射二极管晶粒与该影像传感器晶粒。
具体地，该黏晶制程包括以下步骤：
在该基板的一平面上形成一第一接合材料；
固定该影像传感器晶粒在该第一接合材料上，其中该第一接合材料接合该影像传感器晶粒；
在该影像传感器晶粒的一表面上形成一第二接合材料；以及
固定该镭射二极管晶粒在该第二接合材料上，其中该第一接合材料接合该镭射二极管晶粒。
因本发明无须设置光学镜头，可降低生产成本，进而使整个光学鼠标传感器模块的组件尺寸缩小，可有效缩小光学感测模块至外界光线反射面的距离，因此降低光线在整个光程上的光损失，进而增加光学感测模块的灵敏度；此外光损失的减少，可降低光源输出功率，进而增加光学感测模块的灵敏度，且达到省电、节能的功效。
附图说明
图1所示为现有技术中的一镭射光学鼠标中光源的封装结构的示意图； 
图2所示为本发明第一实施例的光学感测模块结构示意图；
图3所示为本发明第二实施例的光学感测模块结构示意图；
图4所示为光学鼠标的光学感测模块结构示意图； 
图5所示为本发明第三实施例的传感器数组结构示意图； 
图6所示为本发明光学感测模块的制造流程示意图。
光学感测模块30
垂直共振腔面射型镭射32
电路板34
聚光部35
影像感测组件36
固定座38
透镜构件40
光束42
桌面44
光学感测模块．．．100
影像感测组件．．．1
传感器数组．．．11
感测组件111
复数传感器数组112
控制单元．．．12
发光芯片．．．4
光线．．．41
外界表面．．．50
基板．．．5
盖体．．．6
集成电路．．．7
载板．．．8
第一透光部．．．61
第二透光部．．．62
基座．．．70
下表面．．．151。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图2所示为本发明第一实施例的光学感测模块结构示意图。请参阅图2，于本实施例中，光学感测模块100包含一影像感测组件1、一发光芯片4、一基板5与一盖体6。影像感测组件1包含一传感器数组11以及至少一控制单元12，传感器数组11可以是由电荷耦合组件或是一互补金属氧化物半导体影像感测组件所组成。该发光芯片4为一同调光源(coherent light)型式光源，于本实施例中，发光芯片4可为一镭射二极管(Laser Diode)并产生一镭射光线41。该基板5于一实施例中为一电路板，其具有一下表面151，该影像感测组件1与发光芯片4共同设置于该基板5的下表面151。之后，再以该盖体6罩盖该传感器数组11与该发光芯片4，且该盖体6于光线41的传递路径上设有一第一透光部61供光线41穿射。
接续上述说明，如图2与所示，该发光芯片4产生一光线41投射至外界表面50，外界表面50将光线41反射后入射至影像感测组件1，通过影像感测组件1的传感器数组11感测经外界表面50所反射的光线41。如此，当用户移动光学鼠标时，影像感测组件1所获取的影像便会随之变化。
本发明的传感器数组11与发光芯片4高度整合于基板5的下表面151，并以该盖体6罩盖该传感器数组11与该发光芯片4。该盖体6的第一透光部61可以为一开口型式，故该开口可以对经外界表面50折射、散射后的反射光线41具有光遮蔽(screening)的滤光作用。如此，通过该盖体6的设置，可提高所需能量收集效率以及排除不必要的杂乱反射和环境干扰光源，无须设置额外的光学镜头(optical lens)来聚光，同时可提供该传感器数组11和该发光芯片4的晶粒黏着(Die Bond)与焊线(wire bond)防尘与保护作用。
图3所示为本发明第二实施例的光学感测模块结构示意图。如图3所示的该发光芯片4与图2所示的影像感测组件1，共同整合成一集成电路7。该基板5其具有一下表面151以承载上述集成电路7。详细说明如下，该集成电路7可为一光电集成电路（OEIC, Optoelectronic Integrated Circuits），该影像感测组件1与发光芯片4以电连接方式设置于一载板8上，再将该载板8以电连接方式设置于该基板5的下表面151。如此，可减少分离式组件的离散效应对反应速率造成的限制，并具有小型化、高可靠度、抗震动或耐冲击等优点。
图4所示为光学鼠标的光学感测模块100的结构示意图，当将本发明光学感测模块100应用于光学鼠标装置时(图中未示)，该光学感测模块100设置于光学鼠标的一基座70上。参照图2与图4所示，于本实施例中，该发光芯片4为一镭射二极管型式并产生一镭射光41投射至该外界表面50。该外界表面50则将该镭射光反射至该传感器数组11。该基座70于镭射光41传递路径上另设有一第二透光部62，其中该透光部62可以为一开口。
于本实施例中，该发光芯片4产生的镭射光41投射至该外界表面50，该外界表面50将镭射光41反射后通过基座70上的第二透光部62的开口而入射至该传感器数组11。如此，可通过第二透光部62的开口的滤光作用，去除镭射光41经外界表面50反射后产生的散乱光源与环境光源，减少这些光源对该传感器数组11灵敏度的影响。
接续上述说明，该第二透光部62亦具一空间滤波作用。当该镭射光41射出后可能因空气中粒子的散射或是光学组件瑕疵影响而造成光线发散，这些干扰可统称为空间噪声(spatial noise)，而通过针对该第二透光部62的直径与与该镭射光41的波长之间的比值设定，以及第二透光部62与发光芯片4的空间配置距离调整，如本实施例中该第二透光部62的直径与该镭射光41的波长之间的比值为10以上，如此，该第二透光部62可具空间滤波作用而去除造成光线发散的空间噪声干扰。
请参照图5，图5所示为本发明第三实施例的传感器数组结构示意图，本实施例的传感器数组11包含由复数个感测组件111组成的一复数传感器数组112。其中，该复数个感测组件111可为固态影像传感器组件，包含但不限定于光闸(photogates)、光电二极管(可为固定式、部份固定式或未固定式(unpinned)各式种类)、电荷耦合组件（CCD, charge Coupled Device）等形式。在本发明一实施例中，该光感测组件为一光电二极管，尤其是利用熟知的互补式金属氧化物半导体制程（CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor）技术，不须特殊更改任何光罩设计，即可制作出光二极管互补式金属氧化物半影像感测组件(photodiode-type CMOS imager)。
请参照图6，图6所示为本发明光学感测模块的制造流程示意图。该光学感测模块100的制造方法包括以下步骤：用一探针卡对该影像传感器晶圆进行一影像感测以及一光源测试, 然后标记不良的晶圆进行晶圆黏片（wafer mount）；对晶圆黏片后的该影像传感器晶圆，用一探针卡对该影像传感器晶圆作一电性功能测试；接着对该影像传感器晶圆研磨薄化、贴片、切割以及去贴片，以形成复数个影像传感器晶粒；将该影像传感器晶粒以一黏晶制程(Die Attach Process)装设于一基板；将一镭射二极管晶粒以黏晶制程装设于该基板上，可贴黏镭射二极管晶粒于感测半导体集成电路旁或贴黏镭射二极管晶粒于感测半导体集成电路上，其中该影像传感器晶粒与该镭射二极管晶粒电性连接；对该影像传感器晶粒和该镭射二极管晶粒进行固化；用电浆进行表面清洁后，对该影像传感器晶粒和该镭射二极管晶粒进行打线；将一盖体罩盖于该影像传感器晶粒和该镭射二极管晶粒上，该盖体于该镭射二极管晶粒所产生一光线的传递路径上设有一第一透光部；最后固化，封胶，检测。
接续上述说明，如图5所示，该黏晶制程为芯片直接封装式制程，例如引脚插入型(PTH, Pin Through Hole)或表面黏着型(SMT, Surface Mount Technology)型式。
接续上述说明，上述黏晶制程包括以下步骤：在该基板的一平面上形成一接合材料；以及固定该镭射二极管晶粒与该影像传感器晶粒在该接合材料上，其中该接合材料接合该镭射二极管晶粒与该影像传感器晶粒。
接续上述说明，上述黏晶制程也可以为以下步骤：在该基板的一平面上形成一第一接合材料；固定该影像传感器晶粒在该第一接合材料上，其中该第一接合材料接合该影像传感器晶粒；在该影像传感器晶粒的一表面上形成一第二接合材料；以及固定该镭射二极管晶粒在该第二接合材料上，其中该第一接合材料接合该镭射二极管晶粒。
综上所述，本发明光学感测模块具有以下优点:
1. 本发明光学感测模块，整合光学鼠标的同调光源，无须设置额外光学镜头(optical lens)来聚光，使整个光学鼠标传感器模块的组件尺寸缩小，同时有效缩小光程，降低光线在整个光程上的光损失，进而增加光学感测模块的灵敏度，且达到省电、节能之功效。
2. 本发明光学感测模块以直接封装(COB)方式，将发光芯片与影像感测组件个别黏着于基板上，或将发光芯片与影像感测组件整合于一集成电路后装设于基板方式完成组装，降低基板的使用面积。
3. 本发明光学感测模块通过设置于基板上的盖体与设置于基座的第二透光部，遮蔽杂散的反射光，避免光导结构垂直运动对光学感测模块造成的影响。不同于寻常光学感测系统，本装置提供有效光路径的缩短及保护，以达到于不同的使用表面上可有优良的光指向功能及功效。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学感测模块，其特征在于，包含：
一影像感测组件，包括一传感器数组以及至少一控制单元，其中该传感器数组电连接该控制单元；
一发光芯片，用于产生一光线，该光线入射至一外界表面，该外界表面将该光线反射至该传感器数组；
一基板，承载该影像感测组件与该发光芯片；
一盖体，设置于该基板上，并罩盖该影像感测组件与该发光芯片，该盖体于该光线的传递路径上设有一第一透光部，以供该光线穿射。
2.如权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该第一透光部的直径与该光线的波长之间的比值在10以上。
3.如权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该发光芯片为一镭射二极管组件。
4.一种光学鼠标激光指向装置，其特征在于，包含：
一影像感测组件，包括一传感器数组以及至少一控制单元单元，其中该传感器数组电连接该控制单元；
一发光芯片，用于产生一光线，该光线入射至一外界表面，该外界表面并将该光线反射至该传感器数组；
一基板，承载该影像感测组件与该发光芯片；
一盖体，设置于该基板上，并罩盖该影像感测组件与该发光芯片，该盖体于该光线的传递路径上设有一第一透光部，以供该光线穿射；以及
一基座，承载该基板与该盖体，其中该盖体位于该基座与该基板之间，且该基座于该光线之路径上设有一第二透光部，以供该光线穿射。
5.如权利要求4所述的光学鼠标激光指向装置，其特征在于，该第一透光部和该第二透光部均为一开口。
6.如权利要求4所述的光学鼠标激光指向装置，其特征在于，该第一透光部的直径与该光线的波长之间的比值在10以上，且该第二透光部的直径与该光线的波长之间的比值在10以上。
7.一种光学感测模块的制造方法，其特征在于，包含：
进行一黏晶制程，以将一影像传感器晶粒与一镭射二极管晶粒装设于一基板上，其中该影像传感器晶粒与该镭射二极管晶粒电性连接；以及
将一盖体罩盖于该影像传感器晶粒与该镭射二极管晶粒上，该盖体于该镭射二极管晶粒所产生一光线的传递路径上设有一第一透光部。
8.如权利要求7所述的光学感测模块的制造方法，其特征在于，该黏晶制程为芯片直接封装式制程。
9.如权利要求7所述的光学感测模块的制造方法，其特征在于，该黏晶制程包括以下步骤：
在该基板的一平面上形成一接合材料；以及
固定该镭射二极管晶粒与该影像传感器晶粒在该接合材料上，其中该接合材料接合该镭射二极管晶粒与该影像传感器晶粒。
10.如权利要求7所述的光学感测模块的制造方法，其特征在于，该黏晶制程包括以下步骤：
在该基板的一平面上形成一第一接合材料；
固定该影像传感器晶粒在该第一接合材料上，其中该第一接合材料接合该影像传感器晶粒；
在该影像传感器晶粒的一表面上形成一第二接合材料；以及
固定该镭射二极管晶粒在该第二接合材料上，其中该第一接合材料接合该镭射二极管晶粒。
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