CN103545322A - 嵌入式非透镜透光封装的光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种嵌入式非透镜透光封装的光学装置，包括具有隔间及开孔的封装架，该隔间内设置感测器晶粒，该开孔被嵌入该封装架的非透镜透光片封住。此封装结构可避免悬浮微粒或其他的污染物附着到该感测器晶粒上，亦可简化组装工序，因而同时提高可靠度及降低成本。

Description

嵌入式非透镜透光封装的光学装置

技术领域

本发明是有关一种光学装置，特别是关于一种光学装置的封装结构。

背景技术

在光学感测器的应用中，通常会在光学路径上安排透镜聚光，例如美国专利公开号2005/0093825是在光学感测器的载具上形成透镜结构，不过此技术未密封感测器晶粒，因此悬浮微粒或其他的污染物很容易附着到感测器晶粒的感光面上，导致感测能力变差，而且感测器晶粒脆弱不适合擦拭，因此也不易进行故障排除。为了保护感测器晶粒，现有技术使用各种封装结构密封感测器晶粒，只在封装结构上留下通光孔，称为开孔，例如美国专利公开号2006/0256086及日本专利申请案特开平10-267647及特开2000-322989使用具有透镜结构的壳体覆盖在感测器晶粒的上方，美国专利号6967321使用具有透镜结构的壳体堵住开孔，但这些技术需要极高精度的封装组件才能让透镜结构产生需要的聚光效果，美国专利号7326932直接在晶圆上贴附具有光学折射面的盖子，美国专利号7365364使用半导体工艺在感测器晶粒上制作介电层及导体层，再贴附玻璃板，此二技术需要更高精度的工艺，完成后的结构更脆弱，而且必须配合在感测器晶粒的工艺中施行，美国专利号7050043将透镜贴在开孔上，虽然降低封装组件的精度及成本，但需要额外的光学对准工序，透镜也容易脱落，而且在组合透镜与封装架时容易造成悬浮微粒或其他的污染物附着到感测器晶粒的感光面上。实际上在某些应用中，例如用来侦测人体接近的感测器，并不需要透镜。举例来说，在手机听筒内的感测器侦测到使用者接听电话之后贴近听筒就会暂时关闭屏幕，这种应用便不需要透镜聚光。但因为不需要透镜而不密封感测器晶粒，会增加感测器故障的风险。

另一方面，因为光学感测器本身的硬件限制或应用所需，某些情况下可能需要衰减光线的强度或过滤出特定频带的光线，传统的方法只能额外增加滤光片，因此增加成本，也增加光学路径误差的风险。

发明内容

本发明的目的之一，在于提出一种嵌入式非透镜透光封装的光学装置。

本发明的目的之一，在于提出一种可防止遭污染的光学装置。

本发明的目的之一，在于提出一种光学装置的高可靠度封装结构。

本发明的目的之一，在于提出一种简化组装工序的光学装置。

根据本发明，一种嵌入式非透镜透光封装的光学装置，包括具有隔间及开孔的封装架(package frame)，该隔间内设置感测器晶粒，该开孔被非透镜透光片嵌入该封装架封住。

该非透镜透光片嵌入该封装架而封住该开孔，因此能避免悬浮微粒或其他的污染物附着到该感测器晶粒的感光面上。

该非透镜透光片嵌合在该封装架上，因此不易脱落。

由于不使用透镜，因此不需要光学对准工序。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的示意图；

图2是根据本发明的第二实施例的示意图；

图3是根据本发明的第三实施例的示意图；

图4是根据本发明的第四实施例的示意图；以及

图5是根据本发明的第五实施例的示意图。

附图标号：

10  封装架

12  隔间

14  开孔

16  感测器晶粒

18  非透镜透光片

20  滤光层

22  电子控制透光率材料

24  导线

26  隔间

28  开孔

30  发光元件

32  非透镜透光片

34  物体表面

36  电子控制透光率材料

38  导线

具体实施方式

图1是第一实施例的示意图，根据本发明的光学装置包括封装架10，例如导线架(leadframe)，其具有隔间12，且在隔间12的穹顶处有开孔14，感测器晶粒16固定在隔间12内且对着开孔14，非透镜透光片18在开孔14处嵌入封装架10，其以至少部份封住开孔14。因为将感测器晶粒16密封在隔间12内，所以此封装结构能避免悬浮微粒或其他的污染物附着到感测器晶粒16的感光面上。较佳者，开孔14的口径仅略大于感测器晶粒16的尺寸，因此可尽量减少杂光干扰感测器晶粒16。因为非透镜透光片18嵌入封装架10，所以此光学装置可以耐受较大的外力冲击及震动，非透镜透光片18也不易脱落。较佳者，非透镜透光片18使用硬度较高的材料制作，因此非透镜透光片18可以承受擦拭以排除其上附着的微粒或污染物，亦可在非透镜透光片18上施加清洁剂以去除污渍。较佳者，非透镜透光片18是玻璃或塑胶。较佳者，非透镜透光片18预先嵌合在封装架10上，因此不致为了封住开孔14而将悬浮微粒或其他的污染物附着到感测器晶粒16的感光面上。需要注意的是，因应不同的设计，开孔可有许多不同的实施方式，例如有时开孔附近的隔间部份会向上隆起，而突出于隔间上方等等，亦可适用本发明。

感测器晶粒16可以藉打线或凸块接合的方式安装在封装架10上，这些是现有技术，所以线路的细节未在图1中绘示，以下的实施例亦同。

在一实施例中，非透镜透光片18至少部份掺有光致变透光率材料，此类材料遇到特定波长的光线时，会因应光线强度产生不同的透光率，例如氯化银(AgCl)或者溴化银(AgBr)在具有紫外光的环境下，会随着光线增强而变暗，使透光率下降，因此在穿过非透镜透光片18的光线强度较高时，非透镜透光片18的透光率会降低，以维持感测器晶粒16取得清晰的影像或避免感测器晶粒16饱和。

在一实施例中，非透镜透光片18至少部份掺有滤光材料，仅让特定波长的光线通过。滤光材料有许多实施方式，其中一种为参杂染料，例如参染了蓝色材料时，光线通过时仅会射出蓝色光线，而其它的色光大部分都会被吸收，因此可滤出需要的光线，当参染了黑色染料时，便可使例如红外光或紫外光通过。

图2是第二实施例的示意图，其是在图1的实施例增加滤光层20，以滤除不需要的杂光，只允许通过需要的光源，例如红外光或紫外光。较佳者，滤光层20涂布或镀在隔间12的外部，如图2中所示。这有一个额外的优点，相同的封装组件可以适用在不同的应用频带，只要在组装完成后施加不同的滤光层20即可。在其他实施例中，亦可将非透镜透光片30先涂布或镀上滤光层20，再嵌入封装架10。

图3是第三实施例的示意图，其是在非透镜透光片18上镀一层电子控制透光率材料22，例如电控变色材料、液晶材料等等。液晶材料在施加不同程度的电压时，其液晶分子会以不同角度排列，藉此改变透光率。另外例如电控变色材料也有许多选择，例如无机材料的氧化钨、氧化镍，或者有机材料的Viologens、Conducting polymers、Metallopolymers、Metallophthaloyanines等等。导线24连接在电子控制透光率材料22及封装架10之间，透过导线24施加电子信号(电流或电压)到电子控制透光率材料22，以控制其透光率。此实施例可以主动控制经过开孔14的透光率，因此有更宽广且更弹性的应用，例如，可以根据感测器晶粒16的感测需求动态调整透光率，例如避免感测器晶粒16饱和，或调整不同感测区域接收到的光线强度。

图4是第四实施例的示意图，除了前述的结构以外，封装架10还包括另一隔间26及开孔28，其结构与先前描述的实施例相同，隔间26内安装发光元件30，例如发光二极体，非透镜透光片32在开孔28处嵌入封装架10，其以至少部份封住开孔28。此实施例展示一个微型化的光学模组，可以应用在例如光学滑鼠或侦测人体接近的用途上。发光元件30的光线经过非透镜透光片32投射到物体表面34，被反射后经过非透镜透光片18投射到感测器晶粒16，从感测器晶粒16取得的影像可辨识光学滑鼠的移动或人体接近。

图5是第五实施例的示意图，除了前述的结构以外，还包括另一电子控制透光率材料36覆盖在非透镜透光片32上，以及导线38连接在电子控制透光率材料36及封装架10之间，透过导线38施加电子信号(电流或电压)到电子控制透光率材料36，以控制其透光率。除了前述的应用以外，此微型化的光学模组还可借着调变电子控制透光率材料36及22的透光率来调变感测器晶粒16接收的光线，进而强化光学感测。

本发明的嵌入式非透镜透光封装不但可避免悬浮微粒或其他的污染物附着到感测器晶粒上，也可以简化组装工序，尤其是能够排除光学对准，因此可以达到高可靠度、低成本的光学装置。

以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述为阐明的目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例为解说本发明的原理以及让本领域技术人员以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企图由权利要求及其均等来决定。

Claims (8)

1.一种嵌入式非透镜透光封装的光学装置，其特征在于，所述嵌入式非透镜透光封装的光学装置包括：

封装架，具有隔间及开孔；

感测器晶粒，固定在所述隔间内，感测透过该开孔进入该隔间内的光线；以及

非透镜透光片，在所述开孔处嵌入所述封装架，以至少部份封住所述开孔。

2.如权利要求1所述的嵌入式非透镜透光封装的光学装置，其特征在于，所述非透镜透光片至少部份掺有光致变透光率材料，以使该开孔处具有不均匀的透光率。

3.如权利要求1所述的嵌入式非透镜透光封装的光学装置，其特征在于，所述非透镜透光片至少部份掺有滤光材料，以使该开孔处具有不均匀的透光率。

4.如权利要求1所述的嵌入式非透镜透光封装的光学装置，其特征在于，所述嵌入式非透镜透光封装的光学装置更包括滤光层。

5.如权利要求1所述的嵌入式非透镜透光封装的光学装置，其特征在于，所述嵌入式非透镜透光封装的光学装置更包括电子控制透光率材料。

6.如权利要求1所述的嵌入式非透镜透光封装的光学装置，其特征在于，所述非透镜透光片包括玻璃或塑胶。

7.如权利要求1所述的嵌入式非透镜透光封装的光学装置，其特征在于，所述封装架更包含另一隔间以容置一发光元件，其中该发光元件用以发射该光线至一工作面以反射后抵达该传感器晶粒。

8.如权利要求7所述的嵌入式非透镜透光封装的光学装置，其特征在于，所述另一隔间具有另一开孔以及另一非透镜透光片，该另一非透镜透光片至少部份封住该另一开孔，并包含电子控制透光率材料。

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