CN105502275B - 光学芯片与惯性传感器的集成装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学芯片与惯性传感器的集成装置及其制造方法，光学芯片的光学区域朝向PCB板，其引脚通过植锡球焊接在PCB板的焊盘上，在所述PCB板上还设置有与光学芯片对应的光学窗口；其中，还包括覆盖所述光学窗口的透光部；所述惯性传感器芯片固定在光学芯片上远离PCB板的一侧；在所述光学芯片、惯性传感器芯片的外侧设置有不透光塑封体，所述不透光塑封体将所述光学芯片、惯性传感器芯片共同塑封在PCB板上。本发明的集成装置，将结构以及原理均不相同的惯性传感器芯片、光学芯片集成在同一封装结构内，由此可大大降低整个集成装置的封装尺寸。
Description
技术领域
本发明涉及一种芯片的集成装置，更具体地，本发明涉及一种光学芯片与惯性传感器的集成装置；本发明还涉及一种光学芯片与惯性传感器集成装置的制造方法。
背景技术
随着科技的发展，可穿戴式设备逐渐成为消费电子的热点，其通常采用多种体征检测的传感器，以达到对人体体征参数进行实时监测的目的。而在某些应用中，会同时用到光学传感器和惯性器件，比如利用光学心率/血氧传感器来检测心率和血氧浓度，利用惯性器件来补偿运动过程中带来的误差。但是由于MEMS惯性器件和光学传感器的结构以及工作原理不同，使得MEMS惯性器件与光学传感器集成的难度较大。最终，光学传感器和惯性器件只能以分立形式进行封装的。这不但占用了较大的主板面积，而且分立封装的成本较高，大大阻碍了现代电子产品的轻薄化发展。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种光学芯片与惯性传感器的集成装置的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种光学芯片与惯性传感器的集成装置，包括PCB板、具有光学区域的光学芯片、惯性传感器芯片，所述光学芯片的光学区域朝向PCB板，其引脚通过植锡球焊接在PCB板的焊盘上，在所述PCB板上还设置有与光学芯片对应的光学窗口；其中，还包括覆盖所述光学窗口的透光部；所述惯性传感器芯片固定在光学芯片上远离PCB板的一侧；在所述光学芯片、惯性传感器芯片的外侧设置有不透光塑封体，所述不透光塑封体将所述光学芯片、惯性传感器芯片共同塑封在PCB板上。
优选地，所述光学芯片设置有两个，分别为光学传感器芯片、LED芯片。
优选地，所述光学传感器芯片、LED芯片间隔地设置在PCB板上；所述不透光塑封体在光学传感器芯片、LED芯片之间的位置形成一将光学传感器芯片、LED芯片隔开的阻隔部。
优选地，所述惯性传感器芯片设置在光学传感器芯片上。
优选地，所述光学传感器芯片、LED芯片通过涂胶层粘结在PCB板上。
优选地，所述透光部填充在PCB板的光学窗口内，并覆盖所述光学芯片的光学区域。
优选地，所述透光部的底端与PCB板的下端面齐平。
优选地，所述透光部从光学窗口的位置向外延伸，形成一呈半球状的光学透镜结构。
本发明还提供了一种光学芯片与惯性传感器的集成装置的制造方法，包括以下步骤：
a)在PCB板上开设光学窗口；
b)在光学传感器芯片、LED芯片的引脚上设置植锡球，并将光学传感器芯片、LED芯片热压在PCB板上，使光学传感器芯片、LED芯片的引脚通过植锡球与PCB板上的相应焊盘固定在一起；
c)将惯性传感器芯片贴装在光学传感器芯片的上端；
d)利用不透光材料进行塑封，形成将光学传感器芯片、LED芯片、惯性传感器芯片塑封在PCB板上的不透光塑封体；
e)对PCB板上的光学窗口进行塑封，形成覆盖所述光学窗口的透光部。
优选地，所述步骤a)中，还包括在PCB板上涂覆涂胶层的步骤。
本发明的集成装置，将结构以及原理均不相同的惯性传感器芯片、光学芯片集成在同一封装结构内，由此可大大降低整个集成装置的封装尺寸。各光学芯片采用倒置植锡球的方式焊接固定在PCB板上，使得位于光学芯片外侧的注塑面与光学窗口处于不同的表面上，由此可直接在光学芯片的外侧进行注塑，形成不透光注塑体；这相对于传统的封装结构而言，进一步降低了封装的尺寸和厚度，同时也降低了制造的成本。
本发明的发明人发现，在现有技术中，由于惯性传感器与光学传感器的结构及原理不同，很难将两种芯片集成在同一封装内。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明集成装置的结构示意图。
图2至图6是本发明集成装置制造方法的流程示意图。
图7是本发明集成装置另一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
参考图1，本发明提供了一种光学芯片与惯性传感器的集成装置，其包括PCB板7、光学芯片、惯性传感器芯片11，其中，所述光学芯片上具有光学区域10，通过该光学区域10来接收或者发出光信号。本发明的光学芯片可以是光学传感器芯片、LED芯片等本领域技术人员所熟知的光学芯片。其中，光学传感器芯片的光学区域用来感应光信号，例如可根据光线的强弱使光学传感器芯片发出不同的控制信号；LED芯片的光学区域用来发射光信号，其可以是发光二极管等发光器件。本发明的惯性传感器芯片11可以是加速度计和/或陀螺仪等本领域技术人员所熟知的惯性测量传感器。
为了便于理解本发明的技术方案，现以光学传感器芯片2、LED芯片3为例，对本发明的技术方案进行描述。其中，本发明的光学芯片可以单独设置，也可以是以多个组合的方式进行设置。
参考图1，光学传感器芯片2、LED芯片3间隔地分布在PCB板7上，其中光学传感器芯片2、LED芯片3倒置安装，使得光学传感器芯片2、LED芯片3的光学区域10朝向PCB板7的方向。在光学传感器芯片2、LED芯片3的引脚上设置有植锡球4，使得光学传感器芯片2、LED芯片3通过各自引脚上的植锡球4与PCB板7相应的焊盘焊接固定在一起。这不但实现了光学传感器芯片2、LED芯片3与PCB板7的固定，同时还将光学传感器芯片2、LED芯片3的引脚接入到PCB板7上的电路布图中。
本发明的集成装置，惯性传感器芯片11可设置在光学传感器芯片2上远离PCB板7的一侧，参考图1的视图方向，惯性传感器芯片11可通过贴装的方式设置在光学传感器芯片2的上端。惯性传感器芯片11与光学传感器芯片2之间可以采用胶材进行粘结，例如COB胶等。对于本领域的技术人员而言，如果结构允许，惯性传感器芯片11也可以设置在LED芯片3上，同样可实现惯性传感器芯片11的安装。
本发明的集成装置，PCB板7上设置有分别对应于光学传感器芯片2、LED芯片3的两个光学窗口70，参考图1、图2，LED芯片3发出的光信号可以通过与其对应的光学窗口照射出去，而光学传感器芯片2可以通过与其对应的光学窗口接收感应外界射入的光信号。在本发明一个优选的实施方式中，两个光学窗口70分别设置在PCB板7上与光学传感器芯片2、LED芯片3的光学区域10正对的位置。
在本发明一个优选的实施方式中，所述光学传感器芯片2、LED芯片3与PCB板7之间还设有涂胶层6，该涂胶层6可以是COB胶等本领域技术人员所熟知的胶材质。所述光学传感器芯片2、LED芯片3分别通过该涂胶层6粘结在PCB板7上，从而进一步稳固了光学传感器芯片2、LED芯片3与PCB板7的连接。
本发明的集成装置，在所述光学传感器芯片2、LED芯片3、惯性传感器芯片11的外侧设置有不透光塑封体1，通过该不透光塑封体1将光学传感器芯片2、LED芯片3、惯性传感器芯片11共同塑封在PCB板7上。本发明的不透光塑封体1由不透光线的材质制成，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。利用不透光的材质对光学传感器芯片2、LED芯片3、惯性传感器芯片11进行塑封，由于光学传感器芯片2、LED芯片3的光学区域10朝向PCB板1的方向，使得在形成不透光塑封体1的时候，不会损坏光学传感器芯片2、LED芯片3的光学区域10。
光学传感器芯片2、LED芯片3间隔地设置在PCB板7上，在形成不透光塑封体1后，会在光学传感器芯片2、LED芯片3之间的位置形成一将所述光学传感器芯片2、LED芯片3隔开的阻隔部9。通过该阻隔部9可以将光学传感器芯片2、LED芯片3阻隔开，防止LED芯片3发出的光直接被光学传感器芯片2感应到。
本发明的集成装置，为了保护光学传感器芯片2、LED芯片3的光学区域10，还设置有覆盖两个光学窗口70的透光部5，该透光部5采用透光的材料制成，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
本发明的集成装置，将结构以及原理均不相同的惯性传感器芯片、光学芯片集成在同一封装结构内，由此可大大降低整个集成装置的封装尺寸。各光学芯片采用倒置植锡球的方式焊接固定在PCB板上，使得位于光学芯片外侧的注塑面与光学窗口处于不同的表面上，由此可直接在光学芯片的外侧进行注塑，形成不透光注塑体；这相对于传统的封装结构而言，进一步降低了封装的尺寸和厚度，同时也降低了制造的成本。
在本发明一个具体的实施方式中，透光部5可以仅覆盖在光学窗口70的外侧，优选的是，所述透光部5填充在PCB板7的光学窗口70内，并将两个光学芯片的光学区域10覆盖住。其中，透光部5的底端可与PCB板7的下端面齐平，参考图1；也可以是，所述透光部5从光学窗口70的位置向外延伸，形成一呈半球状的光学透镜结构8，参考图7。该光学透镜结构8可以作为光信号出入的光学镜头，由此可以提高光信号出、入的强度，从而提高了光学传感器芯片2、LED芯片3的灵敏度和分辨率。
本发明还提供了一种光学芯片与惯性传感器的集成装置的制造方法，在于包括以下步骤：
a)首先在PCB板7上开设光学窗口70，光学窗口70的数量根据光学芯片的数量而定，参考图2；本发明需要在PCB板7上设置两个光学芯片，分别为光学传感器芯片2、LED芯片3，因此在PCB板7开设两个光学窗口70；
b)在光学传感器芯片2、LED芯片3的引脚上设置植锡球4，参考图3，并将光学传感器芯片2、LED芯片3热压在PCB板7上，使光学传感器芯片2、LED芯片3的引脚通过植锡球4与PCB板7上的相应焊盘固定在一起，参考图4；
c)将惯性传感器芯片11贴装在光学传感器芯片2的上端，参考图5；在进行贴装的时候，可在光学传感器芯片2的上端涂胶，然后将惯性传感器芯片11贴装在光学传感器芯片2的上端；
d)在光学传感器芯片2、LED芯片3、惯性传感器芯片11的外侧进行注塑，形成不透光塑封体1，参考图6；通过该不透光塑封体1将光学传感器芯片2、LED芯片3、惯性传感器芯片11共同塑封在PCB板7上；而且该不透光塑封体1在光学传感器芯片2、LED芯片3之间的位置形成了将光学传感器芯片2、LED芯片3分隔开的阻隔部9；在注塑形成不透光塑封体1的时候，可在PCB板7底端的光学窗口70上贴上一层胶纸，以便对光学窗口70进行防护；
e)对PCB板7上的光学窗口70进行塑封，形成覆盖所述光学窗口70的透光部5。如上文所述，透光部5的底端可与PCB板7的下端面齐平，也可以是，所述透光部5从光学窗口70的位置向外延伸，形成一呈半球状的光学透镜结构8，参考图7。该光学透镜结构8可以作为光信号出入的光学镜头，由此可以提高光信号出、入的强度，从而提高了光学传感器芯片2、LED芯片3的灵敏度和分辨率。
在本发明一个优选的实施方式中，所述步骤a)中，还包括在PCB板7上涂覆涂胶层6的步骤。该涂胶层6可以采用COB胶等本领域技术人员所熟知的贴装胶材。在进行热压光学传感器芯片2、LED芯片3的过程中，其引脚上的植锡球4会穿过涂胶层6，与PCB板7上的焊盘电学连接在一起；同时，光学传感器芯片2、LED芯片3的表面又可以通过涂胶层6贴装在PCB板7上。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种光学芯片与惯性传感器的集成装置，其特征在于：包括PCB板(7)、具有光学区域(10)的光学芯片、惯性传感器芯片(11)，所述光学芯片的光学区域(10)朝向PCB板(7)，其引脚通过植锡球(4)焊接在PCB板(7)的焊盘上，在所述PCB板(7)上还设置有与光学芯片对应的光学窗口(70)；其中，还包括覆盖所述光学窗口(70)的透光部(5)；所述惯性传感器芯片(11)固定在光学芯片上远离PCB板(7)的一侧；在所述光学芯片、惯性传感器芯片(11)的外侧设置有不透光塑封体(1)，所述不透光塑封体(1)将所述光学芯片、惯性传感器芯片(11)共同塑封在PCB板(7)上。
2.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于：所述光学芯片设置有两个，分别为光学传感器芯片(2)、LED芯片(3)。
3.根据权利要求2所述的集成装置，其特征在于：所述光学传感器芯片(2)、LED芯片(3)间隔地设置在PCB板(7)上；所述不透光塑封体(1)在光学传感器芯片(2)、LED芯片(3)之间的位置形成一将光学传感器芯片(2)、LED芯片(3)隔开的阻隔部(9)。
4.根据权利要求3所述的集成装置，其特征在于：所述惯性传感器芯片(11)设置在光学传感器芯片(2)上。
5.根据权利要求3所述的集成装置，其特征在于：所述光学传感器芯片(2)、LED芯片(3)通过涂胶层(6)粘结在PCB板(7)上。
6.根据权利要求1所述的集成装置，其特征在于：所述透光部(5)填充在PCB板(7)的光学窗口(70)内，并覆盖所述光学芯片的光学区域(10)。
7.根据权利要求6所述的集成装置，其特征在于：所述透光部(5)的底端与PCB板(7)的下端面齐平。
8.根据权利要求6所述的集成装置，其特征在于：所述透光部(5)从光学窗口(70)的位置向外延伸，形成一呈半球状的光学透镜结构(8)。
9.一种光学芯片与惯性传感器的集成装置的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)在PCB板(7)上开设光学窗口(70)；
b)在光学传感器芯片(2)、LED芯片(3)的引脚上设置植锡球(4)，并将光学传感器芯片(2)、LED芯片(3)热压在PCB板(7)上，使光学传感器芯片(2)、LED芯片(3)的引脚通过植锡球(4)与PCB板(7)上的相应焊盘固定在一起；
c)将惯性传感器芯片(11)贴装在光学传感器芯片(2)的上端；
d)利用不透光材料进行塑封，形成将光学传感器芯片(2)、LED芯片(3)、惯性传感器芯片(11)塑封在PCB板(7)上的不透光塑封体(1)；
e)对PCB板(7)上的光学窗口(70)进行塑封，形成覆盖所述光学窗口(70)的透光部(5)。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于：所述步骤a)中，还包括在PCB板(7)上涂覆涂胶层(6)的步骤。
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