CN104380604A - 光电子设备和具有这种设备的仪器 - Google Patents

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Abstract

提出一种光电子设备(1)，其具有：设为用于产生辐射的第一器件(21)；设为用于接收辐射的第二器件(22)；连接载体(4)；和框架(3)。第一器件和第二器件设置在连接载体上。框架设置在连接载体上。第一器件设置在框架的第一开口(31)中。第二器件设置在框架的第二开口(32)中。第一开口和第二开口从框架的与连接载体相对置的主面(30)沿朝向连接载体的方向延伸。第一开口和第二开口之间的主面具有中间区域(5)，在所述中间区域中，减少射到主面上的辐射的反射。

Description

光电子设备和具有这种设备的仪器
技术领域
本申请涉及一种光电子设备以及一种具有这种设备的仪器。
背景技术
在检测由辐射源发射的且在目标物体上反射的辐射的接近传感器中，例如在辐射窗口上的散射辐射能够导致测量结果失真，其中在所述辐射窗口之后在仪器中设置有接近传感器。
发明内容
本申请的目的是，提出一种简单的并且可低成本地制造的光电子设备，其中减少散射辐射的影响。
根据光电子设备的至少一个实施方式，光电子设备具有第一器件，所述第一器件设为用于产生辐射。第一器件能够实施成发光二极管。
根据光电子设备的至少一个实施方式，光电子设备具有第二器件，所述第二器件设为用于接收辐射，尤其是用于接收在设备运行时由第一器件发射的辐射。第二器件例如能够实施成光敏二极管或光敏晶体管。
第一器件和/或第二器件能够构成为未封装的半导体芯片。这就是说，器件本身不具有壳体。设备的紧凑的设计方案因此得到简化。替选地，器件也能够实施成具有壳体的器件。
根据光电子设备的至少一个实施方式，光电子设备具有连接载体。第一器件和第二器件能够设置并且尤其固定在连接载体上。尤其地，第一器件和/或第二器件分别与连接载体的至少两个连接面导电连接。连接载体例如能够实施成电路板、例如印刷电路板(Printed CircuitBoard，PCB)或实施成金属芯印刷电路板。连接载体能够在背侧、即在与光电子设备的辐射穿透面相对置的一侧上封闭光电子设备。对电路板替选地，连接载体例如能够构成为导体框架。
根据光电子设备的至少一个实施方式，所述光电子设备构成为可表面安装的设备(surface mounted device，smd)。连接载体、例如电路板是光电子设备的一部分，所述光电子设备能够为了安装而设置在安装载体上、例如设置在其他的电路板上并且与其导电连接。
根据光电子设备的至少一个实施方式，连接载体在背离辐射穿透面的一侧上具有用于外部电接触的接触面。接触面能够经由贯穿连接载体的贯穿接触部与光电子器件电连接并且必要时与其他的光电子器件电连接。光电子设备因此能够从后侧在外部电接触。
根据光电子设备的至少一个实施方式，光电子设备具有框架。框架能够具有第一开口，在所述第一开口中设置有第一器件。框架此外能够具有第二开口，在所述第二开口中设置有第二器件。框架能够设置在连接载体上并且此外固定在其上，例如借助于固定层固定。尤其地，第一开口和/或第二开口在横向方向完全环绕第一器件或第二器件。在第一器件和第二器件之间的直接的辐射路径借助于框架阻挡。
在有任何疑问的情况下，将横向方向理解成下述方向，所述方向沿着连接载体的主延伸平面伸展。
根据光电子设备的至少一个实施方式，框架在与连接载体相对置的一侧上具有主面。第一开口和/或第二开口从框架的与连接载体相对置的主面沿朝向连接载体的方向延伸。第一开口和/或第二开口能够完全地穿过框架延伸。
根据光电子设备的至少一个实施方式，主面具有中间区域。中间区域设置在第一开口和第二开口之间。在中间区域中，减少第二器件的射到主面上的辐射的反射。
光电子设备优选为了运行而设有辐射窗口。辐射窗口尤其与框架的主面间隔开。辐射窗口例如能够构成在仪器中，所述仪器包含光电子设备。在设备运行时，由第一器件产生的辐射透射穿过辐射窗口并且在目标物体上反射之后射到第二器件上。辐射窗口优选平行于或基本上平行于连接载体的主延伸平面伸展。
将“基本上平行”在本申请的范围中理解成至多为10°的所围成的角。
借助于中间区域减少下述辐射份额，所述辐射份额在光电子设备运行时在辐射窗口上反射之后射到主面上并且在主面上反射和在再次在辐射窗口上反射之后射到第二器件上并且在那里生成不期望的散射信号。在没有穿过辐射窗口的情况下射到第二器件上的该不期望的散射辐射在下文中称作为“内部散射辐射”。尤其地，借助于中间区域减少下述份额，所述份额在框架的主面上仅反射一次以及在射到主面上之前反射和在射到主面上之后反射之后，射到第二器件上。
根据光电子设备的至少一个实施方式，在中间区域中构成具有至少一个凹部的结构化部。结构化部设为用于减少在主面上单次反射以及在反射之前在辐射窗口上的反射和在反射之后在辐射窗口上的另一反射之后而射到第二器件上的辐射。结构化部尤其能够构成为，使得内部的散射辐射与具有在第一开口和第二开口之间的平坦的主面的设计方案相比减小。尤其地，内部的散射辐射在其由第二器件接收之前必须以提高的份额射到框架上至少两次。
对结构化部替选地或补充地，反射能够通过中间区域的有针对性吸收的设计方案减小。有针对性吸收表示：射在中间区域中的、由第一器件发射的辐射的至少80％、优选至少90、尤其优选至少95％被吸收。框架能够在中间区域的范围中由有针对性吸收的材料制成或者用有针对性吸收的材料覆层。
凹部与第一腔和第二腔间隔设置。凹部能够沿竖直方向、即沿垂直于连接载体的主延伸平面伸展的方向完全地或仅局部地延伸穿过框架。尤其地，凹部与开口不同地不设为用于容纳光电子器件。
根据光电子设备的至少一个实施方式，结构化部具有多个凹部。在两个相邻的凹部之间构成框架的凸出部。框架也能够具有多于一个的凸出部。至少一个凸出部尤其能够接片形地构成。接片形的凸出部的主延伸方向优选横行于或垂直于第一器件和第二器件之间的连接线延伸。
根据光电子设备的至少一个实施方式，接片形的凸出部从连接载体沿朝向主面的方向观察朝向第一器件倾斜地构成。
根据光电子设备的至少一个实施方式，接片形的凸出部从连接载体沿朝向主面的方向渐缩。随着距连接载体的间距增大，接片形的凸出部的横截面因此减小。
根据光电子设备的至少一个实施方式，在凹部之间形成多个接片形的凸出部。在主面的俯视图中，接片形的凸出部的弯曲半径优选小于更远离第一器件的接片形的凸出部的弯曲半径。尤其地，多个凸出部能够构成为，使得凸出部随着距第一器件的间距增大而具有越来越大的弯曲半径。
根据光电子设备的至少一个实施方式，中间区域具有主面的倾斜于连接载体伸展的表面区域。在中间区域中，主面因此至少局部地倾斜于连接载体的主延伸平面伸展。
根据光电子设备的至少一个实施方式，中间区域具有与第一器件和第二器件之间的连接线平行地或基本上平行地、即成至多为10°的角度伸展的脊线。表面区域在垂直于脊线伸展的横向方向上倾斜于连接载体伸展。在沿横向方向伸展的剖面图中，表面区域因此具有顶盖形的基本形状。尤其地，在脊线的两侧上，中间区域和连接载体之间的间距能够随与脊线的间距增大而减小。
根据光电子设备的至少一个实施方式，光电子设备构成为接近传感器。
光电子设备尤其适合于用在仪器中、例如为便携式仪器的仪器、例如用于通信的便携式设备中。仪器例如能够是移动电话。
根据仪器的至少一个实施方式，所述仪器具有光电子设备和辐射窗口。第二光电子器件设为用于接收由第一光电子器件穿过辐射窗口放射的且在目标物体上反射的辐射。辐射窗口尤其能够设在仪器的壳体中。
根据设备的至少一个实施方式，结构化部构成为，使得由第一器件放射的且在辐射窗口上反射的辐射在第一次射到中间区域上时主要地、即以至少51％的份额远离第二器件转向。从相应的入射点起观察，经过反射的辐射因此主要射到朝向第一器件的半空间中。
根据设备的至少一个实施方式，结构化部构成为，使得由第一器件放射的且在辐射窗口上反射的辐射在第一次射到中间区域上时主要远离穿过第一光电子器件和第二光电子器件之间的连接线且垂直于连接载体伸展的平面转向。
附图说明
本发明的其他的特征、有利的设计方案和适当方案从下文结合附图对实施例的描述中得出。
附图示出：
图1示出具有光电子设备的仪器的第一实施例的示意剖面图；
图2A和2B，在图2A中示出光电子设备的一个实施例以及在图2B中示出根据图2A的光电子设备的框架的凸出部的不同的设计方案；
图3示出光电子设备的第三实施例的示意剖面图；
图4A和4B示出光电子设备的第四实施例的俯视图(图4A)和示意剖面图(图4B)；
图5示出光电子设备的第五实施例的示意俯视图；
图6示出光电子设备的第六实施例的示意剖面图；
图7A至7C示出光电子设备的第七实施例的示意俯视图(图7A)与所属的沿纵向方向的剖面图(图7B)和沿横向方向的剖面图(图7C)。
具体实施方式
相同的、相同类型的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。
附图分别是示意图进而不一定遵守比例的。更确切地说，相对小的元件并且尤其是层厚度为了说明而能够夸张大地示出。
在图1中示出具有光电子设备1的仪器10的一个实施例。仪器例如能够是用于通信的便携式设备，例如是移动电话。
仪器10具有辐射窗口100，在所述辐射窗口之后设置有光电子设备1。光电子设备具有设为用于产生辐射的第一器件21和设为用于接收第一器件的辐射的第二器件22。第一器件和第二器件因此形成发射器-探测器对。
第一器件21和第二器件22设置在连接载体4上。连接载体例如能够是电路板，例如为印刷电路板(printed circuit board，PCB)。为了电接触第一器件21和第二器件22，连接载体在其朝向器件的一侧上具有连接面(在图1中没有明确示出)。
优选地，光电子设备1构成为可表面安装的器件。为了在外部电接触光电子设备，能够在连接载体4的背离器件21、22的一侧上构成有电接触部(在图1中为了简化视图没有明确示出)。电接触部与安装载体105、例如与另一个电路板导电连接。
第一器件21优选构成为发光二极管，尤其优选构成为照明二极管。器件优选地发射在近红外范围(Near Infrared，NIR；真空波长750nm-1400nm)中、优选在800nm和1000nm之间的波长范围中的辐射，其中包括边界值。
第二器件22优选构成为光敏二极管或构成为光敏晶体管。能够使用光敏的集成电路、例如专门构成的应用特定的集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC，专用集成电路)。
第二器件22优选基于硅。不同于此的，第二器件也能够基于其他的半导体材料，例如基于III-V族化合物半导体材料。
第一器件21和/或第二器件22分别能够构成为未封装的半导体芯片。光电子设备1的尤其紧凑的设计方案由此简化。替选地，第一器件和/或第二器件具有带有半导体芯片的壳体。
框架3设置在连接载体4上并且优选地稳定地与其连接，例如借助于连接层，例如粘接层连接。框架优选由塑料制成，例如借助于注塑成型或压塑成型制成。在横向方向上，即在沿着连接载体4的主延伸平面伸展的方向上，框架3和连接载体4至少局部地、优选沿着设备的整个环周彼此齐平。在制造光电子设备1时，框架3和连接载体4因此能够简化地在共同的分割步骤中分开。
在竖直方向上，即在垂直于连接载体4的主延伸平面伸展的方向上，框架在背离连接载体的主面30和朝向连接载体的背侧35之间延伸。
在主面30中构成第一开口31和第二开口32。第一器件21在第一开口中构成并且第二器件22在第二开口32中构成。开口沿横向方向彼此间隔开。
开口31、32的外边缘优选分别形成用于第一器件21或第二器件22的孔口。这就是说，直接地、即在没有在开口的侧面上反射的情况下由第一器件放射或由第二器件接收的辐射锥通过第一开口或第二开口确定。术语“锥”在此不包括对开口的横截面的限制。
在第一开口31和第二开口32之间，主面30具有中间区域5。中间区域5构成为，使得由第一器件21放射的且在辐射窗口100上反射的辐射转向成，使得所述辐射在没有继续在框架3上反射的情况下能够射到第二器件上。因此，减少内部的散射辐射的在图1中通过射束6示出的份额，所述射束射到第二器件22上并且在那里引起不期望的信号分量。
在示出的实施例中，中间区域5具有带有多个凹部51的结构化部50。凹部沿竖直方向完全延伸穿过框架3。凹部沿着第一器件和第二器件之间的连接线并排设置。在两个相邻的凹部之间构成有各一个凸出部52。凸出部优选在设备1的俯视图中接片形地构成，其中凸出部的主延伸方向倾斜于或垂直于连接线延伸。内部的散射辐射6因此没有射到框架3的平坦的主面上，而是在侧面510上反射并且其主要部分射到相对置的侧面上。
对结构化部替选地或补充地，中间区域5也能够具有有针对性吸收的材料。尤其地，框架3在中间区域5中或完全地由下述材料形成，所述材料有针对性地吸收由第一器件21产生的辐射。替选地，在中间区域中能够设有由有针对性吸收的材料构成的覆层。
在图2A中示出的第二实施例基本上相应于结合图1描述的第一实施例。与此不同的是，框架3在中间区域5中具有凸出部52，所述凸出部从连接载体4沿朝向主面的方向观察朝向第一器件21倾斜。
在示出的实施例中，凸出部52的倾斜随着距第一器件21的间距增大而增大。由此，内部的散射辐射的没有射到主面30上、而是射到侧面510上的份额尽可能地减小。优选地，凸出部52彼此间隔开，使得凸出部52在框架3的俯视图中彼此邻接或彼此叠加。这通过虚线8示意示出。射到侧面510上的辐射的份额因此尽可能地提高。与此不同地，多个凸出部或全部凸出部能够具有相同的倾斜。
在图2B中示出凸出部52的在图2A中示出的部分7的不同的设计方案。借助全部示出的设计方案，框架3的平行于主面30伸展的表面的份额最小化。
凸出部52a、52b具有带有四边形的基本形状的横截面，其中上侧520相对于主面30倾斜。凸出部52a的上侧520指向第二器件22。借助该设计方案，内部的散射辐射的射到上侧520上的份额最小化。在凸出部52b中，上侧520指向第一器件21。这引起，经过反射的辐射由第二器件22反射离开，由此同样能够实现射到第二器件上的散射辐射的减小。
凸出部52c、52d和52e分别在横截面中具有三角形的基本形状，其中突出部52d、52e分别具有直角三角形的基本形状。
如根据凸出部52f示出的那样，凸出部52的上侧的棱边也倒圆地构成。这尤其涉及凸出部52a至52e的所有设计方案。
在图3中示出的第三实施例基本上相应于结合图2A描述的第二实施例。与此不同地，凹部51在竖直方向上没有完全延伸穿过框架3。在这样的设计方案中，框架能够在中间区域5中具有增大的稳定性。此外，连接载体4在中间区域5中在设备1的俯视图中完全被遮盖进而不可见。当然，凹部51的这种设计方案也能够应用在结合图1描述的第一实施例中。
在图4A中，示出光电子设备1的第四实施例的俯视图，其中该实施例基本上对应于结合图1描述的第一实施例。在框架3的中间区域5中的凸出部52具有导体状的结构，其中接片状的凸出部在两个将凸起部彼此连接的连接接片55之间构成。凸出部52的主延伸方向在俯视图中相互平行地或至少基本上相互平行地伸展。此外，凸出部52在俯视图中相对于在第一器件21和第二器件22之间的连接线71倾斜地或垂直地伸展。连接接片55平行于或基本上平行于连接线71伸展。
在图4B中沿着在图4A中示出的线AA’示出凸出部52的设计方案的两个不同的变型形式的剖面图。凸出部52的上侧520分别具有脊线53，所述脊线平行于或基本上平行于连接线71伸展。在左边示出的变型形式中，脊线居中地伸展，使得上侧520在脊线的两侧上分别具有倾斜伸展的表面区域54。在右边示出的变型形式中，脊线在凸出部53的边缘区域上构成，使得上侧仅具有一个倾斜伸展的表面区域54。倾斜伸展的表面区域和连接载体4的主延伸平面之间的角度优选在5°和70°之间，其中包括边界值。
通过一个或多个倾斜伸展的表面区域54，辐射在中间区域5中在主面30中伸展的平面上反射且在仅在辐射窗口100上再反射一次之后射到第二器件22上的风险尽可能地减小。
在图5中示出的实施例基本上相应于结合图4描述的第四实施例。与其不同地，凸出部52在框架3的俯视图中局部弯曲地构成。凸出部52的弯曲半径随着距第一器件21的间距增大而增大。显然，并非全部凸出部52都必须弯曲地构成。在示出的实施例中，凸出部52从第一器件21起观察分别凹状弯曲地构成。因此，内部的散射辐射的影响能够尽可能地减小。
在图6中示出的实施例基本上相应于结合图1描述的第一实施例。与此不同地，中间区域5仅具有凹部51。与框架3在第一开口31和第二开口32之间具有连续平坦伸展的主面30的设计方案相比，内部的散射辐射的射到第二器件22上的份额通过下述方式减小：即散射辐射的光学路径延长。这引起第二器件22的通过内部的散射辐射引起的信号份额的减小。
在图6中还示意示出在目标物体75上反射的目标辐射61的辐射变化。
在图7A至7C中示出的第七实施例基本上对应于结合图1描述的第一实施例。与此不同地，中间区域5不具有在凹部之间构成的凸出部52。框架3在中间区域5中具有至少一个倾斜伸展的表面区域54。例如，中间区域5如在图7C中示出的剖面图那样具有顶盖形的基本形状。脊线53优选平行于或基本上平行于第一器件21和第二器件22之间的连接线伸展(参见图4A)。
此外，在图7A中，另一个设为用于接收辐射的器件23设置在第二开口32中。所述另一器件尤其能够具有与第二器件不同的光谱灵敏度分布并且例如检测环境光。当然，这种另一个器件23也能够用于在更上文中描述的实施例中。
光电子设备1因此能够满足接近传感器的功能和环境光传感器的功能。
中间区域5的功能借助于射束6示出。由第一器件21放射的辐射在辐射窗口100上的第一入射点62上漫反射和/或定向地沿朝向设备的方向反射。所述经过反射的辐射在第二入射点63上射到框架3的中间区域5上并且在那里由于倾斜区域54的倾斜远离穿过第一器件21和第二器件22之间的连接线且垂直于连接载体4伸展的平面65转向，使得辐射不再或至少仅仍以强烈减小的份额射到第二器件22上。
显然，脊线53也能够结合图4B的描述设计成，使得仅构成一个倾斜区域54。
借助框架3的中间区域5的所描述的设计方案，能够以简单的并且有效的方式实现：第二器件22的通过内部的散射辐射引起的信号份额尤其与在开口31、32之间的主面30的平坦的且没有减小反射率的设计方案相比明显减小。
本申请要求德国专利申请10 2012 104 910.6的优先权，其公开内容在此通过参引并入本文。
本发明不局限于根据实施例进行的描述。更确切地说，本发明包括每个新特征以及特征的任意的组合，这尤其是包含在权利要求中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在权利要求中或实施例中说明时也如此。

Claims (15)

1.一种光电子设备(1)，所述光电子设备具有：设为用于产生辐射的第一器件(21)；设为用于接收辐射的第二器件(22)；连接载体(4)；和框架(3)，其中
-所述第一器件和所述第二器件设置在所述连接载体上；
-所述框架设置在所述连接载体上；
-所述第一器件设置在所述框架的第一开口(31)中；
-所述第二器件设置在所述框架的第二开口(32)中；
-所述第一开口和所述第二开口从所述框架的与所述连接载体相对置的主面(30)沿朝向所述连接载体的方向延伸；和
-所述主面在所述第一开口和所述第二开口之间具有中间区域(5)，在所述中间区域中减少射到所述主面上的辐射的反射。
2.根据权利要求1所述的设备，
其中在所述中间区域中构成具有至少一个凹部(51)的结构化部(50)。
3.根据权利要求2所述的设备，
其中所述结构化部具有多个凹部并且在两个相邻的凹部之间构成有所述框架的接片形的凸出部(52)。
4.根据权利要求3所述的设备，
其中接片形的所述凸出部从所述连接载体沿朝向所述主面的方向观察朝向所述第一器件倾斜。
5.根据权利要求3或4所述的设备，
其中接片形的所述凸出部从所述连接载体沿朝向所述主面的方向渐缩。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，
其中在所述凹部之间形成多个接片形的凸出部(52)并且在所述主面的俯视图中，一个接片形的凸出部的弯曲半径小于更远离所述第一器件的接片形的凸出部的弯曲半径。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述中间区域具有所述主面的倾斜于所述连接载体伸展的表面区域(54)。
8.根据权利要求7所述的设备，
其中所述中间区域具有平行于或基本上平行于在所述第一器件和所述第二器件之间的连接线(71)伸展的脊线(53)，其中所述表面区域在垂直于所述脊线伸展的横向方向上倾斜于所述连接载体伸展。
9.根据权利要求8所述的设备，
其中在所述脊线的两侧上，在所述中间区域和所述连接载体之间的间距随着距所述脊线的间距的增大而减小。
10.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述光电子设备构成为接近传感器。
11.根据上述权利要求中任一项所述的设备，
其中所述光电子设备构成为能表面安装的设备。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备为了在仪器(10)中运行而设有辐射窗口(100)并且所述第二光电子器件设为用于，接收由第一光电子器件穿过所述辐射窗口放射的并且在目标物体(75)上反射的辐射。
13.根据权利要求12所述的设备，
其中所述中间区域具有结构化部，所述结构化部构成为，使得由所述第一器件放射的且在所述辐射窗口上反射的辐射在第一次射到所述中间区域上时主要朝向所述第一器件转向。
14.根据权利要求12所述的设备，
其中所述中间区域具有结构化部，所述结构化部构成为，使得由所述第一器件放射的且在所述辐射窗口上反射的辐射在第一次射到所述中间区域上时主要远离穿过所述第一光电子器件和所述第二光电子器件之间的连接线并且垂直于所述连接载体伸展的平面(65)转向。
15.一种具有辐射窗口(100)和根据权利要求1至11中任一项所述的设备(1)的仪器(10)，其中所述第二光电子器件设为用于，接收由所述第一光电子器件穿过所述辐射窗口放射的且在目标物体上反射的辐射。
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