CN105529375B - 内建光障组件的封装结构、光学封装结构及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内建光障组件的封装结构、光学封装结构及其形成方法。所述内建光障组件的封装结构包含基板、发光组件、感光组件、光障组件、以及封装材料。所述发光组件位于所述基板上并用于发出光讯号。所述感光组件位于所述基板上并用于接收所述光讯号。所述光障组件位于所述基板上以及位于所述发光组件与所述感光组件之间，而用于屏障多余的所述光讯号。所述封装材料用来完全覆盖所述发光组件与所述感光组件，而使得所述光障组件完全位于所述封装材料中。

Description

内建光障组件的封装结构、光学封装结构及其形成方法
技术领域
本发明涉及一种形成光学封装结构的方法以及所形成的光学封装结构。特别是针对一种内建光障组件的封装结构、光学封装结构及其形成方法。所述光学封装结构中的光障组件，完全位于光学封装结构的封装材料中，因此具有与传统的制作方法兼容的优点。
背景技术
随着可携式电子产品的发展，触控屏幕的应用越来越普遍。触控屏幕是一种具有触控功能的显示面板，例如一种触敏表面的透明面板。触控屏幕允许用户借由手指或触控笔触控显示屏幕作出选择并移动光标。为了方便触控屏幕的使用，光学传感器，例如红外光近接式传感器(IR proximity sensor)，即大量应用于手持式通讯装置上，以用于侦测使用者的脸部，进而达到操作上的控制效果。
应用于手持式产品的近接式传感器，可以用来控制手持式产品某些功能的开与关。一方面当用户不使用屏幕功能时，屏幕会自动锁定，借此延长电池使用时间。另一方面当用户的头部靠近触控屏幕时，自动锁定屏幕功能，避免通话中头部误触键盘而中断对话。另外，长距离的近接式传感器又可侦测距离约在20至80cm之间的物体是否靠近。
近接式传感器具有一组讯号发射组件(emitter)及讯号侦测组件(detector)。为了避免讯号的串扰(crosstalk)，现有的近接式传感器结构系先以封装材料将讯号发射组件器及讯号侦测器加以封装之后，再以金属框或是塑料盖卡合于上述的封装结构，作为具有讯号隔离作用的屏障结构。传统传感器使用的讯号发射组件，其发光角度大，所以为了有效阻绝讯号发射组件与讯号侦测组件之间的光干扰，例如图12A所示的台湾专利案公告号I385364，必须在封装结构10’与30’之外再使用位于讯号发射组件10及讯号侦测组件30之间的光阻绝组件20(barrier)，如橡胶、硅胶等，或是如图12B所示的台湾专利案公告号I438405，在封装完成之后再加入例如塑料盖或铁盖等的光阻绝组件20，作完全的隔离，避免漏光干扰。
或是，先以封装材料将讯号发射组件器及讯号侦测器加以封装之后，再沿着每个传感器区域的周边进行切割以形成切割道，利用上述切割道将讯号发射器以及讯号侦测器加以区隔。或是更进一步，将隔离件设置于已曝露出基板的隔离切割道上，使得隔离件设置于封装材料之外。如此，不仅增加封装工艺上的作业与时程，并且因为需要外加的容置空间等限制，并无法达成最小封装结构。
由于在组件体积缩小化的趋势下，无论是金属框、塑料盖、切割道或是隔离件，与封装体之间必须具有相当高的精确度，才可以相互组接而形成高隔离效果的传感器单元，因此大幅提高了工艺的难度，同时又损及产品的良率无法有效提升。
发明内容
本发明提出一种内建光障组件的封装结构。由于封装结构的光障组件是内建在封装材料之内，完全不存在光障组件与封装材料间的对准，彻底解决了现有工艺所遇到的问题。优选来说，发光组件还可以紧贴光障组件，使得成品尺寸可以更为减小。本案在于整合封装体封装一次成型的工艺前，以类似固晶的方式，在感光组件与发光组件之间增加光障组件。如此，在一次封装成型后，位于封装体内部的光障组件可以有效阻绝发光组件与感光组件的光干扰，无需二次成型或外加其他阻绝组件(例如加盖)等后续工艺，所以可以增加封装工艺效益，并且能够达到最小封装的极限。
本发明首先提出一种内建光障组件的封装结构，包含基板、发光组件、感光组件、光障组件、以及封装材料。发光组件位于基板上并用于发出光讯号。感光组件位于基板上并用于接收发光组件的光讯号。光障组件亦位于基板上以及位于发光组件与感光组件之间，而用于屏障发光组件多余的光讯号。封装材料完全覆盖发光组件与感光组件，而使得光障组件完全位于封装材料中。
在本发明一实施方式中，发光组件的发光半角小于30°。
在本发明另一实施方式中，屏障光讯号可以是吸收光讯号、反射光讯号与偏折光讯号其中的至少一个。
在本发明另一实施方式中，光障组件可以是金属、半导体材料与绝缘材料其中的至少一个。
在本发明另一实施方式中，封装材料可以是环氧树脂、硅氧树脂与硅化合物其中的至少一个。
在本发明另一实施方式中，光障组件的顶表面距离封装材料大于50μm。
在本发明另一实施方式中，发光组件紧贴光障组件。
在本发明另一实施方式中，发光组件与感光组件分别与基板电性连结，而可以被外加电力所驱动。
在本发明另一实施方式中，光障组件可以选择性屏障光讯号。
本发明其次提出一种形成光学封装结构的方法。首先，提供基板，其包含位于基板上的发光组件、感光组件，以及位于发光组件与感光组件间的光障组件。然后，使用封装材料完全覆盖发光组件、感光组件与光障组件。
在本发明一实施方式中，形成光学封装结构的方法，更包含进行固晶工艺，将发光组件、感光组件与光障组件分别固定在基板上。
在本发明另一实施方式中，形成光学封装结构的方法，更包含先提供包含光障组件的预基板，然后进行装配工艺，将发光组件与感光组件固定在基板上。
在本发明另一实施方式中，形成光学封装结构的方法中，预基板与光障组件为一体成形。
在本发明另一实施方式中，形成光学封装结构的方法中，发光组件的发光半角小于30°。
在本发明另一实施方式中，形成光学封装结构的方法中，屏障光讯号包含吸收光讯号、反射光讯号与偏折光讯号其中的至少一个。
本发明又提出一种光学封装结构，其经由前述形成光学封装结构的方法所制得。本发明所提出的光学封装结构，其特点在于无需额外引入二次成型或外加其他阻绝组件(例如加盖)等后续工艺，所以可以增加封装工艺效益。
附图说明
图1—图6为形成本发明光学封装结构一种可行的方法。
图7为本发明内建光障组件的封装结构的立体示意图。
图8为本发明内建光障组件的封装结构的侧视图。
图9为物体使光讯号为感光组件所接收的示意图。
图10为封装结构各组件有缩小的尺寸的示意图。
图11A为本发明一实施方式。
图11B为本发明另一优选实施方式。
图11C为本发明又一更佳实施方式。
图11D为光障组件的位置、发光组件的发光半角θ与感光组件接收能量之间的关系图。
图12A为封装结构之外再使用光阻绝组件的现有工艺。
图12B为在封装完成之后再加入光阻绝组件的现有工艺先前技艺。
其中，附图标记说明如下：
10’、30’ 封装结构
10 讯号发射组件
20 光阻绝组件
30 讯号侦测组件
100 封装结构
105 预基板
106/107 电路
108 光学感应区域
109 基板
110 发光组件
111/112 光讯号
120 感光组件
130 光障组件
131 顶表面
140 封装材料
150 物体
Θ 发光半角
d、L 距离
具体实施方式
本发明可以提供一种内建光障组件的封装结构、一种形成光学封装结构的方法、以及由此形成光学封装结构的方法所制得的一种光学封装结构。以封装材料同步将发光组件、感光组件与光障组件完全覆盖住，而将封装结构中的光障组件密封在封装材料之内。较佳者，光障组件距离封装材料的表面还有一段距离。
本发明首先提出一种形成光学封装结构的方法。图1至6图为形成本发明光学封装结构一种可行的方法。一开始，请参考图5，提供基板109。基板109包含位于基板109上的发光组件110、感光组件120以及光障组件130。光障组件130即位于发光组件110与感光组件120之间，用于选择性屏障发光组件110多余的光讯号111，使发光组件110与感光组件120之间的讯号不会产生干扰(crosstalk)。依据光障组件130的材料不同，选择性屏障光讯号的方式可以是吸收光讯号、反射光讯号与偏折光讯号其中的至少一种。基板109可以是任何适用于光学封装的材料，例如硅树脂玻纤陶瓷。
基板109上安排的发光组件110、感光组件120以及光障组件130，即位于基板109表面上的光学感应区域108中。另外，发光组件110与感光组件120又分别与两个或以上独立的电路电连接，用来分别控制发光组件110与感光组件120。例如，使用固晶、打线等方法将发光组件110与电路106电连接，而感光组件120与电路107电连接。在本发明一实施方式中，发光组件110与感光组件120是一组近接式传感器(proximity sensor)，而发光组件110可以是讯号发射器(emitter)，而感光组件120可以是讯号侦测器(detector)。光讯号111可以是一组平行极化光与垂直极化光的混合。
形成基板109的方式可以不只一种。例如，发光组件110、感光组件120以及光障组件130可以同步形成在基板109上，或是分别将发光组件110、感光组件120以及光障组件130先后形成在基板109上。如果是发光组件110、感光组件120以及光障组件130同步形成在基板109上，请参考图1，先提供空白的基板109。然后，经过单一的步骤，例如利用一道固晶工艺的芯片黏着方法(die attaching)，将发光组件110、感光组件120以及光障组件130一次固着在空白的基板109上，即得到如同图5所示的结果。
或是，请参考图2，先提供已安排有光障组件130的预基板105。然后，经过单一的步骤，例如利用装配工艺的芯片黏着方法(die attaching)，将发光组件110、感光组件120分别固着在预基板105上，光障组件130的相异两侧，即得到如同图5所示的结果。
形成已安排有光障组件130的预基板105的方式也可以不只一种。例如，请参考图3，可以先将光障组件130经过单一的步骤，例如利用固晶工艺的芯片黏着方法固着在空白的基板109上，即得到如同图2所示的预基板105。或是，请参考图4，光障组件130与预基板105为一体成型，即得到如同图2所示的预基板105。此时，光障组件130与预基板105一起为相同的材料。
在将发光组件110、感光组件120以及光障组件130固着在基板109上后，请参考图6，就使用封装材料140将发光组件110、感光组件120以及光障组件130完全覆盖住，例如密封住发光组件110、感光组件120以及光障组件130。封装材料140较佳还可以再经过固化的步骤而成型。举例来说，感光组件120可为一种整合式的距离与环境光源侦测组件(integrated ambient and proximity sensor)，封装材料140则为可透光的封装材料(clear molded material)。或是，感光组件120可以是一种单一功能的红外光距离侦测组件(IR proximity sensor)，而封装材料140则对应地为可让红外光穿透的材料。本发明并不限定封装材料140的性质，只要封装材料140的材料系根据发光组件110与感光组件120的规格加以选择，以避免封装材料140影响发光组件110与感光组件120的操作即可。有了内建在封装材料140中的光障组件130，本发明如此一来即可省略额外增加切割步骤或是外加光阻绝组件的步骤，使得制作方法更为简单，同时此工艺仍保留与传统的制作方法兼容的优点。
在经过以上的方法后，本发明即得到了一种内建光障组件130的封装结构100。图7为本发明内建光障组件130的封装结构100的一个立体示意图。图8为本发明内建光障组件130的封装结构100的一个侧视图。请参考图7，本发明内建光障组件130的封装结构100，包含基板109、发光组件110、感光组件120、光障组件130、以及封装材料140。基板109可以是任何适用于光学封装的材料，例如硅树脂玻纤陶瓷。
发光组件110位于基板109上并用于发出光讯号111，例如红外线的光讯号。发光组件110的光讯号111亦可以是其他波长的光讯号111。另外，发光组件110发出的光讯号111可以是连续式的、间歇式的、或是连续式的与间歇式的混和。感光组件120位于基板109上，并用于接收发光组件110的光讯号111。光障组件130的边缘离封装材料140的表面还有一个不为零的距离L。
请参考图8，在本发明一实施方式中，发光组件的发光半角θ小于30°。较佳者，发光半角θ越小越好。例如，发光组件110的发光半角θ小于30°，在内部接收到的杂散光较不受光障组件130位置变动的影响。发光组件110、感光组件120以及光障组件130位于基板109表面上的光学感应区域108中。另外，发光组件110与感光组件120又分别与两个或以上独立的电路电连接，用来分别控制发光组件110与感光组件120。例如，使用固晶、打线等方法将发光组件110与电路106电连接，而感光组件120与电路107电连接。换言之，发光组件110与感光组件120分别与基板109电性连接，而可以被外加电力所驱动。在本发明另一实施方式中，发光组件110与感光组件120是一组近接式传感器，而发光组件110可以是讯号发射器，而感光组件120可以是讯号侦测器。
光障组件130位于基板109上，以及位于发光组件110与感光组件120之间，而可以选择性屏障发光组件110多余的光讯号111。屏障光讯号的方式，可以是吸收光讯号、反射光讯号与偏折光讯号其中的至少一者，使得发光组件110与感光组件120之间的讯号不会产生干扰。光障组件130可以是金属、半导体材料与绝缘材料其中的至少一者，例如硅、锗、磊晶硅等等。
如图9所示，当物体150距离封装结构100一个适当的范围内时，光讯号112才能够经由封装结构100外的反射路径，再次进入封装结构100的封装材料140中，并为感光组件120所接收。所以可以调整发光组件110、感光组件120、光障组件130、以及封装材料140之间的相对位置，或是调整光障组件130的厚度、封装材料140高度等关系，使得光讯号112可以经由封装结构100外的反射路径，而为感光组件120所接收。
封装材料140，完全覆盖发光组件110与感光组件120，而使得光障组件130完全位于封装材料140中。封装材料140为对应光讯号111可穿透的材料。例如，感光组件120是红外光距离侦测组件，封装材料140即对应地为可让红外光穿透的材料。本发明并不限定封装材料140的性质，只要封装材料140的材料系根据发光组件110与感光组件120的规格加以选择，以避免封装材料140影响发光组件110与感光组件120的操作即可。例如，封装材料140可以是环氧树脂、硅氧树脂与硅化合物其中的至少一者。封装材料140的折射率可以介于1.4-2.0之间。
在本发明一实施方式中，如图8所示，光障组件130的顶表面131可以距离封装材料140的表面一个适当的距离d，例如至少50μm，使得发光组件的发光半角θ小于30°，例如0°至30°之间。在本发明另一实施方式中，如图10所示，发光组件120还可以紧贴光障组件130，并缩小各组件的尺寸，使得封装结构100具有较小的体积，以利可携式电子产品(图未示)尺寸的缩减，进一步达成理想的极小封装结构。
另一方面，在本发明一实施方式中，如图11A所示，光障组件130的位置可以在发光组件110与感光组件120之间，但是更靠近感光组件120。或是在本发明另一优选实施方式中，如图11B所示，光障组件130的位置可以刚好在发光组件110与感光组件120之间的正中间。或是，在本发明又一更佳实施方式中，如图11C所示，光障组件130的位置可以在发光组件110与感光组件120之间，但是更靠近发光组件110。
图11D为光障组件130的位置、发光组件110的发光半角θ与感光组件120接收能量之间的关系图。从图11D的横轴可以看出，发光半角θ越小越好。例如，发光组件110的发光半角θ小于40°，在内部接收到的杂散光，几乎不受光障组件130位置变动的影响。另外，从图11D的四组实施例中可以看出，相对于不使用光障组件130，光障组件130能有效的降低感光组件120接收能量，特别是图11B与图11C所示的实施方式都产生较好的结果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种内建光障组件的封装结构，其特征在于，包含：
一个基板；
一个发光组件，位于所述基板上并用于发出一光讯号；
一个感光组件，位于所述基板上并用于接收所述光讯号；
一个光障组件，位于所述基板上以及位于所述发光组件与所述感光组件之间，而用于屏障所述光讯号；以及
一封装材料，完全覆盖所述发光组件与所述感光组件以及所述光障组件，而使得所述发光组件、所述感光组件与所述光障组件完全位于所述封装材料中，其中所述封装材料是以一次成型工艺形成。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述发光组件的发光半角小于30°。
3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，屏障所述光讯号包含吸收所述光讯号、反射所述光讯号与偏折所述光讯号其中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述光障组件包含一金属、一半导体材料与一绝缘材料其中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述封装材料包含环氧树脂、硅氧树脂与硅化合物其中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述光障组件的一顶表面距离所述封装材料大于50μm。
7.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述发光组件紧贴所述光障组件。
8.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于,所述发光组件与所述感光组件分别与所述基板电性连接，而被外加电力所驱动。
9.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述光障组件选择性屏障所述光讯号。
10.一种形成光学封装结构的方法，包含：
提供一个基板，其包含位于所述基板上的一发光组件、所述基板上的一感光组件以及位于所述基板上、所述发光组件与所述感光组件之间的一光障组件；以及
形成一封装材料，完全覆盖所述发光组件、所述感光组件与所述光障组件，其中所述封装材料是以一次成型工艺形成。
11.根据权利要求10所述的方法，更包含：
进行一固晶工艺，将所述发光组件、所述感光组件与所述光障组件分别固定在所述基板上。
12.根据权利要求10所述的方法，更包含：
提供一预基板，其包含所述光障组件；以及
进行一装配工艺，将所述发光组件与所述感光组件固定在所述基板上。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于,所述预基板与所述光障组件为一体成形。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于,所述发光组件的发光半角小于30°。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于,以所述光障组件屏障所述发光组件所发出的一光讯号，包含吸收所述光讯号、反射所述光讯号与偏折所述光讯号其中的至少一个。
16.一种光学封装结构，是经由权利要求10-15任一项所述的形成光学封装结构的方法所制得。
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