CN105789197B - 光学模块、其制造方法以及具有光学模块的电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学模块，包括：载体、发光元件、光学传感器、盖体以及第一透镜。发光元件位于载体上。光学传感器位于载体上。盖体位于载体上，且可包围发光元件或光学传感器。盖体包括：第一容置空间、第一侧壁、第二侧壁以及第一支撑部。第一容置空间至少包括第一通孔和位于第一通孔下方的第二通孔，第一通孔具有第一孔径，第二通孔具有第二孔径。第一侧壁围绕第一通孔。第二侧壁围绕第二通孔。第一支撑部连接第一侧壁底端和第二侧壁顶端。第一透镜位于第一通孔内且由第一支撑部所支撑。其中发光元件或光学传感器位于第一容置空间中。

Description

光学模块、其制造方法以及具有光学模块的电子装置
技术领域
本发明涉及一种光学模块、其制造方法以及具有光学模块的电子装置。
背景技术
光学模块，例如常应用于智能型手机等移动(mobile)电子装置的接近传感器(Proximity Sensor)，可用来感测位于光学模块附近的物体，其通常具有发光元件以及光学传感器，光学传感器可接收或感测由发光元件发出并经由外部或附近的物体(例如：智能型手机用户人脸表面)反射后的光线，而感测到外部或附近物体的接近，以利移动电子装置作出自动关闭(turn-off)画面的动作。
光学模块在制造过程中，在将发光元件和光学传感器等光学元件固定到光学模块的衬底上时，由于对位相对不够精确而可能产生误差，例如固晶机台在将裸片固定到衬底上时，可能产生10微米(μm)的偏移(shift)或误差。误差会使得发光元件和光学传感器未能按照光路设计精准地配置在衬底上的预定位置，进而影响光学模块的运作性能。
此外，可使用透明封装材料包覆发光元件和光学传感器以达到保护的效果，并可进一步将预定形状的透明封装材料形成在发光元件和/或光学传感器上方以形成透镜，而达到聚光或导引光线的效果。然而一般使用模制(molding)技术来进行将透明封装材料形成的透镜的工艺，无论来自是模具模穴尺寸的误差或模具对位的机械误差所累加而造成透镜尺寸、位置的误差也会影响光学模块的运作，举例来说：透镜中心与发光源同轴度过低将直接造成发光效率降低。另一方面，使用透明封装材料形成透镜以及包覆发光元件和光学传感器的封装体所需的模具的设计因光学模块尺寸或客制要求等规格上的多样性，成本也随之提高。
再者，光学模块的衬底上所具有的对准定位孔具有一定的制造公差，因此在光学模块的制造过程中，例如将隔绝发光元件和光学传感器的盖体固定到衬底上时，会产生相对应的误差，可能造成与依预定光路所设计盖体其预定防止串音干扰的能力下降，影响光学模块的运作。
发明内容
根据本发明的一实施例，一种光学模块包括：载体、发光元件、光学传感器、盖体以及第一透镜。发光元件位于载体上。光学传感器位于载体上。盖体位于载体上，且可包围发光元件或光学传感器。盖体包括：第一容置空间、第一侧壁、第二侧壁以及第一支撑部。第一容置空间至少包括第一通孔和位于第一通孔下方的第二通孔，第一通孔具有第一孔径，第二通孔具有第二孔径。第一侧壁围绕第一通孔。第二侧壁围绕第二通孔。第一支撑部连接第一侧壁底端和第二侧壁顶端。第一透镜位于第一通孔内且由第一支撑部所支撑。其中发光元件或光学传感器位于第一容置空间中。
根据本发明的一实施例，一种光学模块的制造方法包含(a)提供衬底；(b)将发光元件和光学传感器固定在衬底；(c)将盖体设置于衬底上，并同时包围发光元件和光学传感器，其中盖体包括：第一容置空间，第一容置空间至少包括第一通孔和位于第一通孔下方的第二通孔，第一通孔具有第一孔径，第二通孔具有第二孔径，第一孔径大于第二孔径；第一侧壁，第一侧壁围绕第一通孔；第二侧壁，第二侧壁围绕第二通孔；第一支撑部，第一支撑部连接第一侧壁底端和第二侧壁顶端；第二容置空间，第二容置空间至少包括第三通孔和位于第三通孔下方的第四通孔，第三通孔具有第三孔径，第四通孔具有第四孔径，第三孔径大于第四孔径；第三侧壁，第三侧壁围绕第三通孔；第四侧壁，第四侧壁围绕第四通孔；以及第二支撑部，第二支撑部连接第三侧壁底端和第四侧壁顶端；(d)将第一透镜和第二透镜分别定位于第一通孔和第三通孔中，并分别由第一支撑部和第二支撑部所支撑。
根据本发明的一实施例，一种电子装置包括光学模块。光学模块包括：载体、发光元件、光学传感器、盖体以及第一透镜。发光元件位于载体上。光学传感器位于载体上。盖体位于载体上，且可包围发光元件或光学传感器。盖体包括第一容置空间、第一侧壁、第二侧壁以及第一支撑部。第一容置空间至少包括第一通孔和位于第一通孔下方的第二通孔，第一通孔具有第一孔径，第二通孔具有第二孔径。第一侧壁围绕第一通孔。第二侧壁围绕第二通孔。第一支撑部连接第一侧壁底端和第二侧壁顶端。第一透镜位于第一通孔内且由第一支撑部所支撑。其中发光元件或光学传感器位于第一容置空间中。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的光学模块示意图；
图2A为根据本发明一实施例的光学模块剖面示意图；
图2B为根据本发明一实施例的盖体的立体透视图；
图2C为根据本发明一实施例的盖体的剖面立体透视图；
图3A至图3E为根据本发明一实施例的光学模块的制造方法示意图；
图4为根据本发明另一实施例的光学模块的示意图；
图5A为根据本发明另一实施例的光学模块的剖面示意图；
图5B为根据本发明另一实施例的盖体的立体透视图；
图5C为根据本发明另一实施例的盖体的剖面立体透视图；
图6A至图6E为根据本发明另一实施例的光学模块的制造方法示意图；以及
图7为根据本发明一实施例的包含图1或4的光学模块的电子装置示意图。
具体实施方式
图1为根据本发明一实施例的光学模块的示意图。参看图1，光学模块100可包含盖体1、衬底5、发光元件(未图示)、光学传感器(未图示)、第一透镜31和第二透镜33。
光学模块100可为(但不限于)接近传感器，其可应用于(但不限于)移动电话、平板计算机或智能型手机等电子产品。
图2A为根据本发明一实施例的光学模块剖面示意图。在图2A中，光学模块100可包含盖体1、衬底5、发光元件6、光学传感器7、第一透镜31和第二透镜33。
衬底5可以是或可包含(但不限于)例如印刷电路板之类的载体(carrier)。衬底5中或表面上可包含迹线(trace)、接合导线焊垫(wire bond pad)和/或导通孔(via)。衬底5可由所属领域的技术人员所知可作为衬底的材料组成。
发光元件6可以是(但不限于)例如发光二极管(light emitting diode，LED)。
光学传感器7可以是(但不限于)例如光电二极管(photodiode)。
可使用(但不限于)导电或不导电的粘胶将发光元件6和光学传感器7固定在衬底5的上表面，并且可使用接合导线51分别将发光元件6和光学传感器7电连接到位于衬底5的上表面的接合导线焊垫(未图示)。在本发明的另一实施例中，可使用(但不限于)倒装芯片(Flip-Chip)技术分别将发光元件6和光学传感器7固定在衬底5的上表面(未图示)。
盖体1设置于在衬底5的上方或上表面。盖体1具有第一容置空间11和第二容置空间12。
第一容置空间11可包含第一通孔111和第二通孔112。第一通孔111设置于第二通孔112上方。
第一侧壁1111围绕或形成第一通孔111。第一通孔111具有第一孔径。
第二侧壁1121围绕或形成第二通孔112。第二通孔112具有第二孔径。发光元件6可位于第二通孔112中。
第一孔径的尺寸大于第二孔径的尺寸。围绕第一通孔111的第一侧壁1111的底端与围绕第二通孔112的第二侧壁1121的顶端之间具有第一支撑部115。换句话说，第一支撑部115连接第一侧壁1111的底端与第二侧壁1121的顶端。
盖体1的第二侧壁1121进一步包含或形成第一通气孔113。第一通气孔113横向或侧向连通第二通孔112和盖体1外部。换句话说，气体或液体等流体(未图示)可通过第一通气孔113从第二通孔112流向盖体1外部，反之亦然。
第二容置空间12可包含第三通孔121、第四通孔122以及第五通孔124。第四通孔122位于第五通孔124上方。第三通孔121设置于第四通孔122上方。第三侧壁1211围绕或形成第三通孔121。第三通孔121具有第三孔径。
第四侧壁1221围绕或形成第四通孔122。第四通孔122具有第四孔径。
第五侧壁1241围绕或形成第五通孔124。第五通孔124具有第五孔径。光学传感器7可位于第五通孔124中。
第三孔径的尺寸大于第四孔径的尺寸。围绕第三通孔121的第三侧壁1211的底端与围绕第四通孔122的第四侧壁1221的顶端之间具有第二支撑部125。换句话说，第二支撑部125连接第三侧壁1211的底端与第四侧壁1221的顶端。
第五孔径的尺寸大于第四孔径的尺寸。
盖体1的第四侧壁1221和/或第五侧壁1241可进一步包含或形成第二通气孔123。第二通气孔123横向或侧向连通第四通孔122和盖体1外部。第二通气孔123横向或侧向连通第四通孔122和盖体1外部。换句话说，气体或液体等流体(未图示)可通过第二通气孔123从第四通孔122和第五通孔124流向盖体1外部，反之亦然。
当盖体1设置于衬底5上时，发光元件6和光学传感器7被盖体1所包围。发光元件6位于第一容置空间11的第二通孔112中。光学传感器7位于第二容置空间12的第五通孔124中。
第一透镜31位于第一容置空间11的第一通孔111中且由第一支撑部115所支撑。第一通孔111的第一孔径的尺寸大于第一透镜31的底部313的尺寸。
因此，当第一透镜31被支撑于第一支撑部115上时，第一透镜31的底部313与第一侧壁1111之间具有第一间隙(未标号)。
在将第一透镜31设置于第一支撑部115时，必须将透镜部311的中心与发光元件6的发光区的几何中心对准，使得发光模块100可具有最佳发光效率。虽然发光元件6已固定在衬底5上，但仍能通过调整第一透镜31的水平位置来进行对准的动作。第一间隙可供调整第一透镜31的水平位置。
第二通孔112的第二孔径的尺寸大于第一透镜31的透镜部311的尺寸，因此在适当地将第一透镜31设置于第一通孔111中的情况下，位于第一透镜31下方的发光元件6所发出的光线可实质上完全地通过透镜部311而射出，进而增加发光效率。
第二透镜33位于第二容置空间12的第三通孔121中且由第二支撑部125所支撑。第三通孔121的第三孔径的尺寸大于第二透镜33的底部333的尺寸。
因此，当第二透镜33被支撑于第二支撑部125上时，第二透镜33的底部333与第三侧壁1211之间具有第二间隙(未标号)。
在将第二透镜33设置于第二支撑部125时，必须将透镜部331的中心与光学传感器7的感光区对准，使得进入第三通孔121的光线都可以到达光学传感器7的感光区。虽然光学传感器7已固定在衬底5上，但仍能通过调整第二透镜33的水平位置来进行对准的动作。第二空间可供调整第二透镜33的水平位置。
第四通孔122的第四孔径的尺寸大于第二透镜33的透镜部331的尺寸，因此在适当地将第二透镜33设置于第三通孔121中的情况下，位于第二透镜33下方的光学传感器7可实质上完全地接收通过透镜部331的光线，进而增加光接收和感测效率。
由于盖体1具有第一支撑部115和第二支撑部125可分别承载第一透镜31与第二透镜33，当第一透镜31与第二透镜33分别被固定于第一支撑部115和第二支撑部125后，由于上方有第一透镜31与第二透镜33的保护，因此可不需要再使用封装材料分别包覆发光元件6和光学传感器7，也可不需要使用一般模制(molding)技术来进行将透明封装材料形成透镜的工艺，还相对地降低工艺所带来的误差以及封装模具等成本。
在本实施例中，当第一透镜31与第二透镜33分别被固定于第一支撑部115和第二支撑部125后，第一透镜31与发光元件6之间，以及第二透镜33与光学传感器7之间并没有包覆任何封装材料。第二通孔112、第四通孔122和第五通孔124内可仅存在空气而无封装材料存在。
另外，光学模块100可能在随后工艺中被安装到系统衬底或印刷电路板上。由于在安装光学模块100的过程中可能在高温的环境下操作，例如在进行回焊(reflow)时温度可达250摄氏度。当第一透镜31与第二透镜33分别被固定于第一支撑部115和第二支撑部125后，如果经上述高温操作环境，第二通孔112、第四通孔122和第五通孔124内的空气可能因受热膨胀而使第一透镜31与第二透镜33分别脱离第一支撑部115和第二支撑部125。
在本实施例中，由于光学模块100具有第一通气孔113和第二通气孔123，因此在第二通孔112、第四通孔122和第五通孔124的空气在受热膨胀后会由第一通气孔113和第二通气孔123向盖体1的外部泄出，避免无处宣泄而使第一透镜31和第二透镜33与盖体1分离。
图2B为根据本发明一实施例的盖体的立体透视图。图2C为根据本发明一实施例的盖体的剖面立体透视图。参看图2B和图2C，盖体1具有第一容置空间11和第二容置空间12。第一容置空间11可由上下垂直叠置的第一通孔111和第二通孔112所组成。第一通孔111设置于第二通孔112的上方。
第一通孔111具有由第一侧壁1111所界定的第一孔径。第二通孔112具有由第二侧壁1121所界定的第二孔径。第一孔径的尺寸大于第二孔径的尺寸。
由于第一通孔111的第一孔径大于第二通孔112的第二孔径，第一侧壁1111的底部与第二侧壁1121的顶端之间，则会形成第一支撑部115。
此外，盖体1的第一容置空间11可连通第一通气孔113。第一通气孔113从第二侧壁1121的内壁延伸至第二侧壁1121的外壁。
第二容置空间12由上下垂直叠置的第三通孔121、第四通孔122以及第五通孔124所组成。第三通孔121设置于第四通孔122的上方。而第五通孔124可设置于第四开口122的下方。
而第三通孔121具有由第三侧壁1211所界定的第三孔径。第四通孔122具有由第四侧壁1221所界定的第四孔径。第三孔径的尺寸大于第四孔径的尺寸。另外，第五通孔124具有由第五侧壁1241所界定的第五孔径。而第五孔径的尺寸可大于第四孔径的尺寸。
由于第三通孔121的第三孔径大于第四通孔122的第四孔径，所以第三侧壁1211的底部与第四侧壁1221的顶端间会形成第二支撑部125。
此外，盖体1的第二容置空间12可连通第二通气孔123。第二通气孔123可从(但不限于)第五侧壁1241的内壁延伸至第五侧壁1241的外壁。在本发明的一实施例中，第二通气孔123可从(但不限于)第四侧壁1221的内壁延伸至第四侧壁1221的外壁(未显示)。
如图2B的盖体1可由例如(但不限于)塑料射出成形工艺等机械制造方法而得。
图3A至图3E为根据本发明一实施例的光学模块的制造方法示意图。
参看图3A，可将发光元件6和光学传感器7分别或同时固定在衬底5的一表面上。可使用接合导线51分别将发光元件6和光学传感器7电连接到位于衬底5的表面上的接合导线焊垫(未图示)。在本发明的另一实施例中，发光元件6和光学传感器7可为倒装芯片型裸片(flip-chip die)，因此可使用例如焊锡而不需要导线51将发光元件6和光学传感器7固定在衬底5上。
在本实施例的制造方法中，可利用发光元件6或光学传感器7表面的焊垫、线路图案(例如线路交叉成直角或十字处)或其它基准标记(fiducial mark)，配合衬底5上表面可包含供定位的基准标记(未图示)，并采用包含有CCD镜头的光学辨识定位系统，作进一步的光学辨识对准定位动作，以相对精准地将发光元件6和光学传感器7固定在衬底5上的预定位置。
参看图3B，可将盖体1固定于衬底5的预定位置上，使得盖体1可同时包围发光元件6和光学传感器7。衬底5上表面可包含供定位的基准标记(未图示)。盖体1可具有四边凸出的定位设计(未图示)，以减少将盖体1粘贴到衬底5时因粘胶的流动性或粘胶烘烤固化的工艺中发生偏移。可利用取放机台(pick and place machine)分别地逐一将各个盖体1定位于衬底5上。在本发明的另一实施例中，可将整片具有多个盖体1的盖体阵列，辅以适合的定位孔(机械或光学上的)或定位治具而将所述盖体1定位于衬底5上。
可利用发光元件6和光学传感器7表面的焊垫、线路图案(例如线路交叉成直角或十字处)、其它基准标记(fiducial mark)或衬底5上可供定位的基准标记(未图示)，配合盖体1的光学可辨识的定位标记图案，例如第二侧壁1121的内壁1121s(可参看图2A)的边缘以及第四侧壁1221的内壁1221s(可参看图2A)的边缘，而作进一步的光学辨识对准定位动作，以相对地减少将盖体1固定于衬底5上的误差。
在盖体1被固定于衬底5上后，发光元件6位于盖体1的第一容置空间11的第二通孔112中，而光学传感器7位于所述第二容置空间12的第五通孔124中。
参看图3C，图3C显示一透镜阵列。透镜阵列可包含(但不限于)多个透镜31(33)以及连接部34。连接部34连接每个透镜31(33)。透镜31(33)具有特殊的模具成形结构，例如透镜部311(331)为球面形状而与采用模具成形透镜的工艺而形成的流道、即透镜底部313(333)，的邻接部312(332)在剖面上所呈现阶梯状的构造，其从透镜部上方观看将呈现高亮度的光环，光环的圆周中心即为透镜31(33)的几何中心线，可在随后将透镜31(33)固定到盖体1时作为光学辨识可对准的标记。
参看图3D，图3D显示可移除连接部34，例如以切割方式移除连接部34，以将透镜阵列切割成彼此分离的单第一透镜31或第二透镜33。
参看图3E，图3E显示将第一透镜31和第二透镜33分别固定于盖体1的第一支撑部115和第二支撑部125上。可利用光学定位系统以根据透镜31(33)的光学可对准的标记，例如以透镜部311(331)的邻接部312(332)作为光学可对准的标记，利用取放机台来辨识而抓取透镜31(33)，以进行将第一透镜31和第二透镜33分别放置于盖体1的第一支撑部115和第二支撑部125上的步骤。
在本实施例的一制造方法中，并非使用例如第二侧壁1121的内壁1121s的边缘以及第四侧壁1221的内壁1221s的边缘作为放置透镜31/33所参考的光学辨识定位的对准标记，而是利用发光元件6或光学传感器7表面的焊垫、线路图案(例如线路交叉成直角或十字处)或其它基准标记(fiducial mark)作为放置透镜31(33)所参考的光学辨识定位的对准标记。这是由于发光元件6或光学传感器7通常经由半导体光刻等图案化工艺形成，所以其表面的焊垫、线路图案或其它基准标记图案，相较盖体1上由机械加工工艺所形成的可辨识外形图案在位置和尺寸的精确度为高，因此在发光元件6或光学传感器7在衬底5上固定后，在放置透镜31(33)时即可利用发光元件6和光学传感器7表面的焊垫、线路(例如线路交叉成直角或十字处)或其它基准标记来进行较精确的定位，以免影响光学模块100的发光或感测效率。
第一容置空间11的第一通孔111的第一孔径的尺寸大于第一透镜31的透镜底部313的尺寸，而使得第一透镜31与第一侧壁1111之间存有第一间隙(图未标号)。因为第二容置空间12的第三通孔121的第三孔径的尺寸大于第二透镜33的透镜底部333的尺寸，而使得第二透镜33与第三侧壁1211之间存有第二间隙(图未标号)。在上述固定步骤中，第一透镜31和第二透镜33可在第一或第二间隙移动以进行和完成定位对准。
可利用UV胶、粘贴薄膜或高粘滞性的粘贴胶将所述第一与第二透镜31、33与盖体1贴合，以避免在胶材硬化烘烤时，胶材的流动性会造成第一与第二透镜31、33产生偏移，以减少对准定位上的误差。
图4为根据本发明另一实施例的光学模块的示意图。图4所示的光学模块100'可包含盖体1'、衬底5、发光元件(未图示)、光学传感器(未图示)、第一透镜31和第二透镜33。
光学模块100'可应用(但不限于)移动电话、平板计算机或智能型手机等电子产品。
图5A为根据本发明另一实施例的光学模块的剖面示意图。在图5A中，光学模块100可包含盖体1'、衬底5'、发光元件6、光学传感器7、第一透镜31和第二透镜33。
衬底5'可以是或可包含(但不限于)例如印刷电路板之类的载体(carrier)。衬底5'中或表面上可包含迹线(trace)、接合导线焊垫(wire bond pad)和/或导通孔(via)。衬底5'可由所属领域的技术人员所知可作为衬底的材料组成。
发光元件6可以是(但不限于)例如发光二极管(light emitting diode，LED)。
光学传感器7可以是(但不限于)例如光电二极管(photodiode)。
可使用(但不限于)导电或不导电的粘胶将光学传感器7固定在衬底5'的上表面，并将发光元件6固定在光学传感器7上表面。可使用接合导线51将光学传感器7电连接到位于衬底5'的上表面的接合导线焊垫(未图示)。可使用接合导线51将发光元件6电连接到位于光学传感器7上表面的接合导线焊垫(未图示)。
在本发明的另一实施例中，可使用(但不限于)倒装芯片(Flip-Chip)技术将光学传感器7固定在衬底5'的上表面(未图示)，并且将发光元件6固定在光学传感器7上表面。
盖体1'设置于在衬底5'的上方或上表面。盖体1'具有第一容置空间11'和第二容置空间12'。
第一容置空间11'可包含第一通孔111'、第二通孔112'和第六通孔114'。第二通孔112'位于第六通孔114'上方。第一通孔111'位于第二通孔112'上方。
第一侧壁1111'围绕或形成第一通孔111'。第一通孔111'具有第一孔径。
第二侧壁1121'围绕或形成第二通孔112'。第二通孔112'具有第二孔径。
第六侧壁1141'围绕或形成第六通孔114'。第六通孔114'具有第六孔径。发光元件6可位于第六通孔114'中。
第一孔径的尺寸大于第二孔径的尺寸。第六孔径的尺寸大于第二孔径的尺寸。
围绕第一通孔111'的第一侧壁1111'的底端与围绕第二通孔112'的第二侧壁1121'的顶端之间具有第一支撑部115'。换句话说，第一支撑部115'连接第一侧壁1111'的底端与第二侧壁1121'的顶端。
第二容置空间12'可包含第三通孔121'、第四通孔122'以及第五通孔124'。
第四通孔122'位于第五通孔124'上方。第三通孔121'设置于第四通孔122'上方。
第三侧壁1211'围绕或形成第三通孔121'。第三通孔121'具有第三孔径。
第四侧壁1221'围绕或形成第四通孔122'。第四通孔122'具有第四孔径。
第五侧壁1241'围绕或形成第五通孔124'。第五通孔124'具有第五孔径。
第三孔径的尺寸大于第四孔径的尺寸。围绕第三通孔121'的第三侧壁1211'的底端与围绕第四通孔122'的第四侧壁1221'的顶端之间具有第二支撑部125'。换句话说，第二支撑部125'连接第三侧壁1211'的底端与第四侧壁1221'的顶端。
第五孔径的尺寸大于第四孔径的尺寸。
盖体1'可包含位于第五通孔124'和第六通孔114'下方的第七通孔126'。光学传感器7'可位于第七通孔126'中。
第七侧壁1261'围绕第七通孔126'。第七侧壁1261'位于所述第五侧壁1241'和第六侧壁1141'下方且第七通孔126'具有第七孔径。第七孔径大于所述第五孔径与所述第六孔径之和。
盖体1'的第七侧壁1261'可进一步包含或形成第一通气孔113'。第一通气孔113'横向或侧向连通第七通孔126'和盖体1'外部。换句话说，气体或液体等流体(未图示)可通过第一通气孔113'从第七通孔126'流向盖体1外部，反之亦然。盖体1'的第二侧壁1121'、第四侧壁1221'、第五侧壁1241'或第六侧壁1141'也可进一步包含或形成类似于第一通气孔113'的通气孔，使得流动于第二通孔112'、第四通孔122'、第五通孔124'、第六通孔114'以及第七通孔126'中的气体或液体等流体(未图示)可通过通气孔流向盖体1外部，反之亦然。
当盖体1'设置于衬底5'上时，发光元件6和光学传感器7被盖体1'所包围。发光元件6位于第一容置空间11'的第六通孔114'中。光学传感器7位于第七通孔126'中。
第一透镜31位于第一容置空间11'的第一通孔111'中且由第一支撑部115'所支撑。第一通孔111'的第一孔径的尺寸大于第一透镜31的底部313的尺寸。
因此，当第一透镜31被支撑于第一支撑部115'上时，第一透镜31的底部313与第一侧壁1111'之间具有第一间隙(未标号)。
在将第一透镜31设置于第一支撑部115'时，必须将透镜部311的中心与发光元件6的发光区的几何中心对准，使得发光模块100'可具有最佳发光效率。由于发光元件6已固定在光学传感器7上，因此仅能通过调整第一透镜31的水平位置来进行对准的动作。第一间隙可供调整第一透镜31的水平位置。
可利用第二侧壁1121'的内壁1121s'的边缘作为定位标记与透镜部311的中心进行对准动作。
由于第二通孔112'的第二孔径的尺寸大于第一透镜31的透镜部311的尺寸，因此在适当地将第一透镜31设置于第一通孔111'中的情况下，位于第一透镜31下方的发光元件6所发出的光线可实质上完全地通过透镜部311而射出，进而增加发光效率。
第二透镜33位于第二容置空间12'的第三通孔121'中且由第二支撑部125'所支撑。第三通孔121'的第三孔径的尺寸大于第二透镜33的底部333的尺寸。
因此，当第二透镜33被支撑于第二支撑部125'上时，第二透镜33的底部333与第三侧壁1211'之间具有第二间隙(未标号)。
在将第二透镜33设置于第二支撑部125'时，必须将透镜部331的中心与光学传感器7的感光区(未图示)对准，使得进入第三通孔121'的光线都可以到达光学传感器7的感光区。
由于光学传感器7已固定在衬底5'上，因此仅能通过调整第二透镜33的水平位置来进行对准的动作。第二间隙可供调整第二透镜33的水平位置。
可利用第四侧壁1221'的内壁1221s'的边缘作为定位标记与透镜部331的中心进行对准动作。
由于第四通孔122'的第四孔径的尺寸大于第二透镜33的透镜部331的尺寸，因此在适当地将第一透镜33设置于第三通孔121'中的情况下，位于第二透镜33下方的光学传感器7可实质上完全地接收通过透镜部331的光线，进而增加光接收效率。
由于盖体1'具有第一支撑部115'和第二支撑部125'可分别承载第一透镜31与第二透镜33，因此不需要由透明封装材料所组成的透镜，也相对地降低工艺的复杂度以及成本。
当第一透镜31与第二透镜33分别被固定于第一支撑部115'和第二支撑部125'后，由于上方有第一透镜31与第二透镜33的保护，因此不需要再使用封装材料分别包覆发光元件6和光学传感器7。换句话说，第一透镜31和第二透镜33与发光元件6和光学传感器7之间并没有包覆任何封装材料。第二通孔112'、第四通孔122'、第五通孔124'、第六通孔114'以及第七通孔126'内可仅存在空气而无封装材料存在。
然而，光学模块100'可能在随后工艺中被安装到系统衬底或印刷电路板上。由于在安装光学模块100'的过程中可能在高温的环境下操作，例如在进行回焊(reflow)时温度可达250摄氏度。
如果无适当的设计，第二通孔112'、第四通孔122'、第五通孔124'、第六通孔114'以及第七通孔126'内的空气可能因受热膨胀而使第一透镜31与第二透镜33分别脱离第一支撑部115'和第二支撑部125'。
由于光学模块100'具有第一通气孔113'，因此在第二通孔112'、第四通孔122'、第五通孔124'、第六通孔114'以及第七通孔126'内的空气在受热膨胀后会由第一通气孔113'向盖体1'的外部泄出，避免第一透镜31和第二透镜33与盖体1'分离。
由于发光元件6位于光学传感器7上，因此盖体1'和衬底5'与图2A所示的光学模块100的盖体1和衬底5相较具有较小的面积。换句话说，光学模块100'的尺寸可能小于光学模块100的尺寸。
图5B为根据本发明另一实施例的盖体的立体透视图。图5C为根据本发明另一实施例的盖体的剖面立体透视图。参看图5B和图5C，盖体1'具有第一容置空间11'和第二容置空间12'。
第一容置空间11'由彼此上下垂直叠置的第一通孔111'、第二通孔112'和第六通孔114'所构成。
第一通孔111'设置于第二通孔112'的上方。第二通孔112'设置于第六通孔114'的上方。
而第一通孔111'具有由第一侧壁1111'所界定的第一孔径。第二通孔112'具有由第二侧壁1121'所界定的第二孔径。第一孔径的尺寸大于第二孔径的尺寸。第六通孔114'具有由第六侧壁1141'所界定的第六孔径，且第六孔径的尺寸大于第二孔径的尺寸。
由于第一通孔111'的第一孔径大于第二通孔112'的第二孔径，所以当第一开口111'叠置于所述第二开口112'的上时，第一侧壁1111'的底部与第二侧壁1121'的顶端之间会形成第一支撑部115'。
第二容置空间12'由彼此上下垂直叠置的第三通孔121'、第四通孔122'、第五通孔124'所构成。
第三通孔121'设置于第四通孔122'的上方。第四通孔122'设置于第五通孔124'的上方。
第三通孔121'具有由第三侧壁1211'所界定的第三孔径。
第四通孔122'具有由第四侧壁1221'所界定的第四孔径。第三孔径的尺寸大于第四孔径的尺寸。
第五通孔124'具有由第五侧壁1241'所界定的第五孔径。第五孔径的尺寸可大于第四孔径的尺寸。
由于第三通孔121'的第三孔径大于第四通孔122'的第四孔径，当第三通孔121'叠置于第四通孔122'的上时第三侧壁1211'的底部与第四侧壁1221'的顶端之间，会形成第二支撑部125'。
第七通孔126'位于第五通孔124'和第六通孔114'下方。第七侧壁1261'围绕第七通孔126'以界定第七孔径。第七孔径的尺寸大于第五孔径与第六孔径的尺寸之和。
图6A至图6E为根据本发明另一实施例的光学模块的制造方法示意图。
参看图6A，可使用(但不限于)导电或不导电的粘胶将光学传感器7固定在衬底5'的上表面，并将发光元件6固定在光学传感器7上表面。可使用接合导线51将光学传感器7电连接到位于衬底5'的上表面的接合导线焊垫(未图示)。可使用接合导线51将发光元件6电连接到位于光学传感器7上表面的接合导线焊垫(未图示)。
在本发明的另一实施例中(未图示)，发光元件6和光学传感器7可为倒装芯片型裸片(flip-chip die)，因此可使用例如焊锡而不需要导线51即可固定发光元件6和光学传感器7。
在本实施例的制造方法中，可利用发光元件6或光学传感器7表面的焊垫、线路图案(例如线路交叉成直角或十字处)或其它基准标记(fiducial mark)，配合衬底5'上表面可包含供定位的基准标记(未图示)，并采用包含有CCD镜头的光学辨识定位系统，作进一步的光学辨识对准定位动作，以相对精准地将发光元件6和光学传感器7固定在预定位置上。
参看图6B，可将盖体1'固定于衬底5'的预定位置上，使得盖体1'可同时包围发光元件6和光学传感器7。衬底5'上表面可包含供定位的基准标记(未图示)。盖体1'可具有四边凸出的定位设计(未图示)，以减少将盖体1'粘贴到衬底5'时因粘胶的流动性或粘胶烘烤固化的工艺中发生偏移。可利用取放机台(pick and place machine)分别地逐一将各个盖体1'定位于衬底5'上。在本发明的另一实施例中，可将整片具有多个盖体1'的盖体阵列，辅以适合的定位孔(机械或光学上的)或定位治具而将所述盖体1'定位于衬底5'上。
可利用发光元件6和光学传感器7表面的焊垫、线路图案(例如线路交叉成直角或十字处)、其它基准标记(fiducial mark)或衬底5'上可供定位的基准标记(未图示)，配合盖体1'的光学可辨识的定位标记图案，例如第二侧壁1121'的内壁1121s'的边缘以及第四侧壁1221'的内壁1221s'的边缘，而作进一步的光学辨识对准定位动作，以相对地减少将盖体1'固定于衬底5'上的误差。
在盖体1'被固定于衬底5'上后，发光元件6位于盖体1'的第一容置空间11'的第二通孔112'中，而光学模块7位于所述第七通孔126'的第五通孔124中。
参看图6C，图6C显示一透镜阵列。透镜阵列可包含(但不限于)多个透镜31(33)以及连接部34。透镜31(33)具有特殊的模具成形结构，例如透镜部311(331)为球面形状而与采用模具成形透镜的工艺而形成的流道、即透镜底部313(333)，的邻接部312(332)在剖面上所呈现阶梯状的构造，其从透镜部上方观看将呈现高亮度的光环，光环的圆周中心即为透镜31(33)的几何中心线，可在随后将透镜31(33)固定到盖体1'时作为光学辨识可对准的标记。
参看图6D，图6D显示可移除连接部34，例如以切割方式移除连接部34，以将透镜阵列切割成彼此分离的单第一透镜31或第二透镜33。
参看图6E，图6E显示将第一透镜31和第二透镜33分别固定于盖体1'的第一支撑部115'和第二支撑部125'上。可利用光学定位系统以根据透镜31(33)的光学可对准的标记，例如以透镜部311(331)的邻接部312(332)作为光学可对准的标记，利用取放机台来辨识而抓取透镜31(33)，以进行将第一透镜31和第二透镜33分别放置于盖体1'的第一支撑部115'和第二支撑部125'上的步骤。
在本实施例的一制造方法中，并非使用例如第二侧壁1121'的内壁1121s'的边缘以及第四侧壁1221'的内壁1221s'的边缘作为放置透镜31(33)所参考的光学辨识定位的对准标记，而是利用发光元件6或光学传感器7表面的焊垫、线路图案(例如线路交叉成直角或十字处)或其它基准标记(fiducial mark)作为放置透镜31(33)所参考的光学辨识定位的对准标记。这是由于发光元件6或光学传感器7通常经由半导体光刻等图案化工艺形成，所以其表面的焊垫、线路图案或其它基准标记图案，相较盖体1上由机械加工工艺所形成的可辨识外形图案在位置和尺寸的精确度为高，因此在发光元件6或光学传感器7于衬底5'上固定后，在放置透镜31(33)时即可利用发光元件6和光学传感器7表面的焊垫、线路(例如线路交叉成直角或十字处)或其它基准标记来进行较精确的定位，以免影响光学模块100'的发光或感测效率。
第一容置空间11'的第一通孔111'的第一孔径的尺寸大于第一透镜31的透镜底部313的尺寸，而使得第一透镜31与第一侧壁1111'之间存有第一间隙(图未标号)。因为第二容置空间12'的第三通孔121'的第三孔径的尺寸大于第二透镜33的透镜底部333的尺寸，而使得第二透镜33与第三侧壁1211'之间存有第二间隙(图未标号)。在上述固定步骤中，第一透镜31和第二透镜33可在容置空间移动以进行和完成定位对准。
可利用UV胶、粘贴薄膜或高粘滞性的粘贴胶将所述第一与第二透镜31、33与盖体1贴合，以避免在胶材硬化烘烤时，胶材的流动性会造成第一与第二透镜31、33产生偏移，以减少对准定位上的误差。
图7为根据本发明一实施例的包含图1或4的光学模块100、100'的电子装置示意图。参看图7，电子装置9例如是(但不限于)智能手机、平板计算机等移动电子装置或产品。电子装置9可包含(但不限于)图1或4所示的光学模块100、100'因而具有与众所周知的产品相比较好的光学感测性能。
然而上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非用以限制本发明。因此，所属领域的技术人员对上述实施例进行修改和变化仍不脱本发明的精神。本发明的权利范围应如所附权利要求书所列。

Claims (20)

1.一种光学模块，其包括：
载体；
发光元件，所述发光元件位于所述载体上；
光学传感器，所述光学传感器位于所述载体上，
盖体，所述盖体位于所述载体上，所述盖体包括：
第一容置空间，所述第一容置空间至少包括第一通孔和位于所述第一通孔下方的第二通孔，所述第一通孔具有第一孔径，所述第二通孔具有第二孔径；
第一侧壁，所述第一侧壁围绕所述第一通孔；
第二侧壁，所述第二侧壁围绕所述第二通孔；
第一支撑部，所述第一支撑部连接所述第一侧壁底端和所述第二侧壁顶端；
第二容置空间，所述第二容置空间至少包括第三通孔和位于所述第三通孔下方的第四通孔，所述第三通孔具有第三孔径，所述第四通孔具有第四孔径；
第三侧壁，所述第三侧壁围绕所述第三通孔；
第四侧壁，所述第四侧壁围绕所述第四通孔；
第二支撑部，所述第二支撑部连接所述第三侧壁底端和所述第四侧壁顶端；以及
第五侧壁，所述第五侧壁位于所述第四侧壁下方且围绕第五通孔，所述第五通孔具有第五孔径，所述第五孔径大于所述第四孔径；
第一透镜，所述第一透镜位于所述第一通孔内且由所述第一支撑部所支撑；以及第二透镜，所述第二透镜位于所述第三通孔内且由所述第二支撑部所支撑；
其中所述盖体包围所述发光元件和所述光学传感器，且所述发光元件位于所述第一容置空间中，所述光学传感器位于所述第二容置空间中。
2.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述第一透镜具有底部，且其中所述第一容置空间的第一通孔的所述第一孔径的尺寸大于所述第一透镜的所述底部的尺寸。
3.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述第一孔径大于所述第二孔径。
4.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述第二透镜具有底部，且其中所述第二容置空间的第三通孔的所述第三孔径的尺寸大于所述第二透镜的所述底部的尺寸。
5.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述第三孔径大于所述第四孔径。
6.根据权利要求4所述的光学模块，其中所述第二透镜件具有透镜部，且其中所述第二容置空间的所述第四通孔的所述第四孔径的尺寸大于所述第二透镜件的透镜部的尺寸。
7.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述盖体进一步包括第六侧壁，所述第六侧壁位于所述第二侧壁下方且围绕第六通孔，所述第六通孔具有第六孔径，所述第六孔径大于所述第二孔径。
8.根据权利要求7所述的光学模块，其中所述盖体进一步包含第七侧壁，所述第七侧壁位于所述第五侧壁和第六侧壁下方且围绕第七通孔，所述第七通孔具有第七孔径，所述第七孔径大于所述第五孔径与所述第六孔径之和。
9.根据权利要求8所述的光学模块，其中所述发光元件和所述光学传感器可以上下叠置的方式设置于所述第七通孔中，且其中所述发光元件对准所述第一容置空间，而所述光学传感器的感测部对准所述第二容置空间。
10.一种光学模块的制造方法，其包含
(a)提供衬底；
(b)将发光元件和光学传感器固定在所述衬底；
(c)将盖体设置于所述衬底上，其中所述盖体包括：
第一容置空间，所述第一容置空间至少包括第一通孔和位于所述第一通孔下方的第二通孔，所述第一通孔具有第一孔径，所述第二通孔具有第二孔径，所述第一孔径大于所述第二孔径；
第一侧壁，所述第一侧壁围绕所述第一通孔；
第二侧壁，所述第二侧壁围绕所述第二通孔；
第一支撑部，所述第一支撑部连接所述第一侧壁底端和所述第二侧壁顶端；
第二容置空间，所述第二容置空间至少包括第三通孔和位于所述第三通孔下方的第四通孔，所述第三通孔具有第三孔径，所述第四通孔具有第四孔径，所述第三孔径大于所述第四孔径；
第三侧壁，所述第三侧壁围绕所述第三通孔；
第四侧壁，所述第四侧壁围绕所述第四通孔；
第二支撑部，所述第二支撑部连接所述第三侧壁底端和所述第四侧壁顶端；以及
第五侧壁，所述第五侧壁位于所述第四侧壁下方且围绕第五通孔，所述第五通孔具有第五孔径，所述第五孔径大于所述第四孔径；
其中所述盖体包围所述发光元件和所述光学传感器，且所述发光元件位于所述第一容置空间中，所述光学传感器位于所述第二容置空间中；以及
(d)将第一透镜和第二透镜分别定位于所述第一通孔和第三通孔中，并分别由所述第一支撑部和所述第二支撑部所支撑。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一透镜具有底部，且其中所述第一容置空间的第一通孔的所述第一孔径的尺寸大于所述第一透镜的底部的尺寸。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一透镜件具有透镜部，且其中所述第一容置空间的所述第二通孔的所述第二孔径的尺寸大于所述第一透镜件的透镜部的尺寸。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二透镜具有底部，且其中所述第二容置空间的第三通孔的所述第三孔径的尺寸大于所述第二透镜的所述底部的尺寸。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二透镜件具有透镜部，且其中所述第二容置空间的所述第四通孔的所述第四孔径的尺寸大于所述第二透镜件的透镜部的尺寸。
15.一种电子装置，其包括：
光学模块，其包括：
载体；
发光元件，所述发光元件位于所述载体上；
光学传感器，所述光学传感器位于所述载体上，
盖体，所述盖体位于所述载体上，所述盖体包括：
第一容置空间，所述第一容置空间至少包括第一通孔和位于所述第一通孔下方的第二通孔，所述第一通孔具有第一孔径，所述第二通孔具有第二孔径；
第一侧壁，所述第一侧壁围绕所述第一通孔；
第二侧壁，所述第二侧壁围绕所述第二通孔；
第一支撑部，所述第一支撑部连接所述第一侧壁底端和所述第二侧壁顶端；
第二容置空间，所述第二容置空间至少包括第三通孔和位于所述第三通孔下方的第四通孔，所述第三通孔具有第三孔径，所述第四通孔具有第四孔径；
第三侧壁，所述第三侧壁围绕所述第三通孔；
第四侧壁，所述第四侧壁围绕所述第四通孔；
第二支撑部，所述第二支撑部连接所述第三侧壁底端和所述第四侧壁顶端；以及
第五侧壁，所述第五侧壁位于所述第四侧壁下方且围绕第五通孔，所述第五通孔具有第五孔径，所述第五孔径大于所述第四孔径；
第一透镜，所述第一透镜位于所述第一通孔内且由所述第一支撑部所支撑；以及
第二透镜，所述第二透镜位于所述第三通孔内且由所述第二支撑部所支撑；
其中所述盖体包围所述发光元件和所述光学传感器，且所述发光元件位于所述第一容置空间中，所述光学传感器位于所述第二容置空间中。
16.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述第一透镜具有底部，且其中所述第一容置空间的第一通孔的所述第一孔径的尺寸大于所述第一透镜的所述底部的尺寸。
17.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述第一孔径大于所述第二孔径。
18.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述第二透镜具有底部，且其中所述第二容置空间的第三通孔的所述第三孔径的尺寸大于所述第二透镜的所述底部的尺寸。
19.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述第三孔径大于所述第四孔径。
20.根据权利要求18所述的电子装置，其中所述第二透镜件具有透镜部，且其中所述第二容置空间的所述第四通孔的所述第四孔径的尺寸大于所述第二透镜件的透镜部的尺寸。
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