CN106125153A - 光学装置的封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学装置的封装结构，包括一基板、一发光元件、一感光元件以及一挡光结构。发光元件配置于基板上并与基板电性连接。发光元件适于提供一光束。感光元件配置于基板上，且感光元件为一芯片尺寸封装元件，其中感光元件适于接收被一物体反射后的光束。挡光结构设置于感光元件的周边。

Description

光学装置的封装结构
本申请为2012年6月11日提交的、申请号为201210190740.7的、发明名称为“光学装置的封装结构”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种封装结构，且特别是有关于一种光学装置的封装结构。
背景技术
图1为现有的一种近接式光传感器的封装结构的剖面示意图。请参考图1，现有的近接式光传感器100包括一发光源110、一光侦测器120以及一封装壳体130。封装壳体130分别具有一第一容置空间132与一第二容置空间134，其中发光源110设置于第一容置空间132，而光侦测器120设置于第二容置空间134。在近接式光传感器100中，当一物体101靠近近接式光传感器100时，则发光源110所提供的光束L1，便会被物体101所反射而传递回光侦测器120，从而可获知物体101是否靠近的讯息。
然而，在近接式光传感器100中，位于第一容置空间132的发光源110通过表面黏着的方式电连接封装壳体130，而光侦测器120通常是通过打线接合(wire bonding)的方式与封装壳体130电连接，如图1所示。如此一来，第二容置空间134的尺寸(如：宽度W1)便不易缩小。
此外，由于封装结构130更包括一遮光结构136，位于发光源110与光侦测器120之间，以避免发光源110所提供的光束L1直接地传递至光传感器120上进而无法动作。然而，通过遮光结构136的设计与使用虽可有效地限制光线的行进路径，但同样地仍会造成近接式光传感器100的整体体积无法有效地被缩小。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种光学装置的封装结构，其可具有较小的尺寸并具有较佳的光学表现。
本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述的一或部分或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提出一种光学装置的封装结构，其包括一基板、一发光元件、一感光元件以及一挡光结构。发光元件配置于基板上并与基板电性连接。发光元件适于提供一光束。感光元件配置于基板上，且感光元件为一芯片尺寸封装元件(chip scale package,CSP)，其中感光元件适于接收被一物体反射后的光束。挡光结构设置于感光元件的周边。
在本发明的一实施例中，上述的挡光结构设置于基板上并与基板实体连接。在本发明的一实施例中，光学装置的封装结构更包括一多层膜，设置于感光元件上，其中被物体反射后的至少部分光束适于通过多层膜而传递至感光元件。在本发明的一实施例中，被物体反射后的至少部分光束入射至多层膜的入射角若小于一预定角度，则光束适于通过多层膜而传递至感光元件。
在本发明的一实施例中，上述的挡光结构实体连接感光元件。在本发明的一实施例中，光学装置的封装结构更包括一多层膜，设置于感光元件上，其中被物体反射后的至少部分光束适于通过多层膜而传递至感光元件。在本发明的一实施例中，上述的挡光结构包括一挡光盖，位于感光元件上方并具有一开口，其中被物体反射后的至少部分光束适于通过开口而传递至感光元件。在本发明的一实施例中，上述的开口暴露出部分多层膜。在本发明的一实施例中，光学装置的封装结构更包括一分隔墙，配置于基板上并位于感光元件与发光元件之间。在本发明的一实施例中，被物体反射后的至少部分光束入射至多层膜的入射角若小于一预定角度，则光束适于通过多层膜而传递至感光元件。
在本发明的一实施例中，上述的挡光结构包括一透光材料层与一遮光材料层，透光材料层的一侧与感光元件实体连接，而透光材料层的另一侧则与遮光材料层实体接触。在本发明的一实施例中，透光材料层覆盖感光元件，且遮光材料层具有一开口，以暴露出部分透光材料层，且被物体反射后的至少部分光束适于通过开口而传递至感光元件。
在本发明的一实施例中，上述的发光元件为不可见光发光元件，而上述的感光元件为不可见光感光元件。
在本发明的一实施例中，上述的感光元件通过多个导电材料而与基板电性连接，且这些导电材料位于感光元件与基板之间。
在本发明的一实施例中，上述的发光元件与上述的感光元件的间距相隔大于0.1mm小于3mm。
基于上述，本发明的光学装置的封装结构将感光元件采用为芯片尺寸封装元件，而无须使用传统打线接合的方式，从而可降低光学装置的封装结构的整体体积与尺寸。另外，将多层膜设置于感光元件上，除了可减少杂散光传递至感光元件的机会外，亦可缩小光学装置的封装结构的整体体积与尺寸。再者，通过适当地调整挡光结构的设计，除了可缩小光学装置的封装结构的整体体积与尺寸外，还可降低制作成本与制作困难度。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为现有的一种近接式光传感器的封装结构的剖面示意图；
图2为本发明一实施例的光学装置的封装结构的示意图；
图3A为本发明另一实施例的光学装置的封装结构的示意图；
图3B为图3A的光学装置的封装结构的局部放大图；
图4为本发明又一实施例的光学装置的封装结构的示意图；
图5为本发明再一实施例的光学装置的封装结构的示意图；
图6为本发明更一实施例的光学装置的封装结构的示意图；
图7为本发明还一实施例的光学装置的封装结构的示意图；
图8为本发明尚一实施例的光学装置的封装结构的示意图。
图中符号说明
100 近接式光传感器
101 物体
110 发光源
120 光侦测器
130 封装壳体
132 第一容置空间
134 第二容置空间
136 遮光结构
200～800 光学装置的封装结构
201 物体
210 基板
220 发光元件
230 感光元件
232 导电材料
240、410、710、710’ 挡光结构
310 多层膜
412 挡光盖
412a、714a 开口
610 分隔墙
712、712’ 透光材料层
714、714’ 遮光材料层
712a 内侧
712b 外侧
L1 光束
L1’ 光束
θ 入射角
N1 法线
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图2为本发明一实施例的光学装置的封装结构的示意图。本实施例的光学装置的封装结构200可以近接式光传感器的架构作为说明，具体而言，光学装置的封装结构200包括一基板210、一发光元件220、一感光元件230以及一挡光结构240。发光元件220配置于基板210上并与基板210电性连接。发光元件220适于提供一光束L1。在本实施例中，发光元件220可为发光二极管或是激光二极管，其中由于发光二极管的成本较为低廉，因此本实施例的发光元件220是以发光二极管作为举例说明，但不限于此。若为使光学装置的封装结构200可提供较长的可操作距离且不考虑成本的问题，发光元件220亦可采用激光二极管。另外，为避免使用者观察到发光元件220的光线，本实施例的发光元件220是以不可见光作为举例说明，其中较佳地为红外光的发光元件220，但不限于此。
此外，当发光元件220采用发光二极管时，为了有效地降低或缩小光学装置的封装结构200的整体体积与尺寸，发光元件220可采用表面黏着型(Surface MountedTechnology,SMT)的发光元件，而与基板210的电连接，其中基板210可以是一电路板(circuit board)或是一导线支架(lead frame)之类的基板。
在光学装置的封装结构200中，感光元件230配置于基板210上，且感光元件230适于接收被一物体201反射后的光束L1’。特别的是，为了有效地降低或缩小光学装置的封装结构200的整体体积与尺寸，感光元件230可以是一芯片尺寸封装元件(chip scalepackage,CSP)，其中芯片尺寸封装(CSP)技术是将芯片封装后，尺寸不大于原芯片的1.2倍的封装技术。具体而言，本实施例所谓的芯片尺寸封装元件，是指以各种方式封装后的感光元件230，其封装体边长较内含芯片边长大20％以内，或封装体的面积是内含芯片面积的1.5倍以内。换言之，本实施例的感光元件230通过使用芯片尺寸封装(CSP)技术，可将感光元件230的封装尺寸缩至原来的1/4至1/10，以配合现时轻、薄、短、小的产品趋势。
另外，为了避免传统使用打线接合(wire bonding)的方式连接感光元件230与基板210，而造成整体封装尺寸不易缩小，本实施例的感光元件230可通过多个导电材料232而与基板210电性连接，且这些导电材料232介于感光元件230与基板210之间，如图2所示。在本实施例中，这些导电材料232可为锡球。
请继续参考图2，为了避免发光元件220所提供的光束L1直接地传递至感光元件220上，而导致光学装置的封装结构200无法动作(如：判断是否有物体接近)，因此，挡光结构240设置于感光元件230的周边，其中挡光结构240可以是设置于基板210上并与基板210实体连接，如图2所示。需要说明的是，由于感光元件230为芯片尺寸封装元件，且感光元件230可通过导电材料232直接地与基板210电性连接，而无须使用传统打线接合的方式，从而可使感光元件230与挡光结构240之间的距离相当地靠近(无须考虑到打线接合所需的空间)，进一步地降低光学装置的封装结构200的整体体积与尺寸。
图3A为本发明另一实施例的光学装置的封装结构的示意图。请同时参考图2与图3A，本实施例的光学装置的封装结构300与前述光学装置的封装结构200采用相似的结构，二者不同之处在于：光学装置的封装结构300更包括一多层膜310，其中多层膜310设置于感光元件230上，且被物体201反射后的至少部分光束L1’适于通过多层膜310而传递至感光元件230。
具体而言，多层膜310可通过不同折射率的膜层312堆叠，以滤除非特定波长的光线，从而可使特定波长的光束L1’可穿透，其中偏离法线N1的入射光线的可穿透波长会是特定波长的波长偏移量。举例来说，若多层膜310的堆叠膜层312是设计波长680nm可通过时，代表波长680nm的入射光束L1’的入射角θ为0度时可通过，而当越偏离法线时(即入射角θ大于0度时)，则代表其它波长(如：670nm～690nm)可通过多层膜310而传递至感光元件230上。换言之，本实施例的多层膜310可为一种IR pass的滤光元件。
详细来说，被物体201反射后的至少部分光束L1’入射至多层膜310的入射角θ若小于一预定角度，则光束L1’适于通过多层膜310而传递至感光元件230，如图3B所示，其中图3B为图3A的光学装置的封装结构的局部放大图。详细来说，当特定波长范围的光束L1’入射至多层膜310的入射角θ越小(即光束L1’越靠近法线N1时)，则特定波长范围的光束L1’较容易通过多层膜310而传递至感光元件230，反之，当特定波长范围的光束L1’入射至多层膜310的入射角θ越大(即光束L1’越远离法线N1时)，则特定波长范围的光束L1’便无法通过多层膜310而传递至感光元件230。值得一提的是，上述的特定波长范围可指发光元件220所提供的光束L1’的波长，而适当高度的挡光结构240将可局限入射至多层膜310的光束L1’的入射角θ，从而可更有效地滤除非特定波长范围的光束L1’，并使特定波长范围的光束L1’通过多层膜310而传递至感光元件230上。在一实施例中，挡光结构240的高度为大于发光元件以及感光元件的高度，并小于5mm。
基于上述可知，本实施例的光学装置的封装结构300除了可具有上述光学装置的封装结构200所提及的优点外，亦可通过多层膜310的使用，减少杂散光传递至感光元件230的机会，从而可提升光学装置的封装结构300的光学感测表现。
图4为本发明又一实施例的光学装置的封装结构的示意图。请同时参考图4与图3，本实施例的光学装置的封装结构400与前述光学装置的封装结构300采用相似的结构，二者不同之处在于：挡光结构410实体连接感光元件230，但不与基板210实体连接。具体而言，本实施例主要是将挡光结构410设置于感光元件230的周边并与感光元件230实体连接，如此一来便无须于基板210上设置前述的挡光结构240。意即，当感光元件230设置于基板210时，该挡光结构240便会随着感光元件230而同时被设置于基板210之上。如此将可更进一步地缩小光学装置的封装结构400的整体体积与尺寸。
基于上述可知，本实施例的光学装置的封装结构400除了可具有上述光学装置的封装结构200、300所提及的优点外，亦可通过将挡光结构410实体连接感光元件230的设计，而更进一步地缩小光学装置的封装结构400的整体体积与尺寸。
图5为本发明再一实施例的光学装置的封装结构的示意图。请同时参考图5与图4，本实施例的光学装置的封装结构500与前述光学装置的封装结构400采用相似的结构，二者不同之处在于：挡光结构410还包括一挡光盖412，其中挡光盖412位于感光元件230上方并具有一暴露出部分多层膜310的开口412a，而被物体201反射后的至少部分光束L1’适于通过开口412a而传递至感光元件230。在本实施例中，光学装置的封装结构500除了可具有上述光学装置的封装结构200～400所提及的优点外，亦可设置具有开口412a的挡光盖412于感光元件230的上方，进而可更有效地减少杂散光传递至感光元件230上。
图6为本发明更一实施例的光学装置的封装结构的示意图。请同时参考图6与图5，本实施例的光学装置的封装结构600与前述光学装置的封装结构500采用相似的结构，二者不同之处在于：光学装置的封装结构600更包括一分隔墙610，其中分隔墙610配置于基板210上并位于感光元件230与发光元件220之间，用以降低发光元件220所提供的光束L1直接地从侧面传递至感光元件230的可能性，同时亦可减少杂散光传递至感光元件230上。除此之外，本实施例的光学装置的封装结构600亦具有前述光学装置的封装结构200～500所提及的优点，在此便不再赘述。
图7为本发明还一实施例的光学装置的封装结构的示意图。请同时参考图7与图4，本实施例的光学装置的封装结构700与前述光学装置的封装结构400采用相似的结构，二者不同之处在于：本实施例的挡光结构710包括一透光材料层712与一遮光材料层714，其中透光材料层712的一侧712a与感光元件230实体连接，而透光材料层712的另一侧712b则与遮光材料层714实体接触。在本实施例中，可先使用透光材料(如：透明胶材)形成于感光元件230的周边以形成如图7所绘示的透光材料层712，之后再利用涂布或贴附的方式将遮光材料(如：黑色树酯)形成于透光材料层的外侧712b。又或者是，可先形成如图7所绘示的挡光结构710后，再将挡光结构710与感光元件230连接(如：贴附)，上述皆为可实施的范例，但不限于此，此部分可依据使用者而略微调整。基于上述可知，本实施例的光学装置的封装结构700可具有上述光学装置的封装结构200～400所提及的优点，在此便不再赘述。
图8为本发明尚一实施例的光学装置的封装结构的示意图。请同时参考图8与图7，本实施例的光学装置的封装结构800与前述光学装置的封装结构700采用相似的结构，二者不同之处在于：透光材料层712’覆盖感光元件230，且遮光材料层714’具有一开口714a，以暴露出部分透光材料层712’，其中被物体201反射后的至少部分光束L1’适于通过开口714a而传递至感光元件230，如图8所示。在本实施例中，可先使用透光封装胶材直接地形成于感光元件230上以形成如图8所绘示的透光材料层712’，之后再利用涂布或贴附的方式将遮光材料(如：黑色树酯)形成于透光材料层712’的外侧，如图8所绘示。同样地，本实施例的光学装置的封装结构800可具有上述光学装置的封装结构200～400所提及的优点，在此便不再赘述。
值得一提的是，由于本实施例的光学装置的封装结构200～800整体尺寸相较于传统光学装置的封装结构100整体尺寸将可大大被缩小，因此，上述的发光元件210与上述的感光元件230的间距W1至少可落在0.1mm～3mm之间。
综上所述，本发明的光学装置的封装结构至少具有以下优点。首先，感光元件为芯片尺寸封装元件，且无须使用传统打线接合的方式，从而可降低光学装置的封装结构的整体体积与尺寸。另外，将多层膜设置于感光元件上，除了可减少杂散光传递至感光元件的机会外，亦可缩小光学装置的封装结构的整体体积与尺寸。再者，通过适当地调整挡光结构的设计，除了可缩小光学装置的封装结构的整体体积与尺寸外，还可降低制作成本与制作困难度。
只是以上所述，仅为本发明的较佳实施例，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。

Claims (10)

1.一种光学装置的封装结构，其特征在于，包括：
一基板；
一发光元件，配置于该基板上并与该基板电性连接，且该发光元件适于提供一光束；
一感光元件，配置于该基板上，且该感光元件为一芯片尺寸封装元件，其中该感光元件通过多个导电材料而与该基板电性连接，但不是通过打线接合而与该基板电性连接，且该些导电材料位于该感光元件与该基板之间；以及
一挡光结构，设置于该感光元件的周边，其中，该挡光结构实体连接该感光元件，且该挡光结构通过该感光元件与该些导电材料而与该基板间接连接，但不与该基板直接连接。
2.如权利要求1所述的光学装置的封装结构，其中，还包括：
一多层膜，设置于该感光元件上，其中被一物体反射后的至少部分该光束适于通过该多层膜而传递至该感光元件。
3.如权利要求2所述的光学装置的封装结构，其中，被该物体反射后的至少部分该光束入射至该多层膜的入射角若小于一预定角度，则该光束适于通过该多层膜而传递至该感光元件。
4.如权利要求2所述的光学装置的封装结构，其中，该挡光结构包括：
一挡光盖，位于该感光元件上方并具有一开口，其中被该物体反射后的至少部分该光束适于通过该开口而传递至该感光元件。
5.如权利要求4所述的光学装置的封装结构，其中，该开口暴露出部分该多层膜。
6.如权利要求4所述的光学装置的封装结构，其中，还包括：
一分隔墙，配置于该基板上并位于该感光元件与该发光元件之间。
7.如权利要求1所述的光学装置的封装结构，其中，该挡光结构包括一透光材料层与一遮光材料层，该透光材料层的一侧与该感光元件实体连接，而该透光材料层的另一侧则与该遮光材料层实体接触。
8.如权利要求7所述的光学装置的封装结构，其中，该透光材料层覆盖该感光元件，且该遮光材料层具有一开口，以暴露出部分该透光材料层，且被该物体反射后的至少部分该光束适于通过该开口而传递至该感光元件。
9.如权利要求1所述的光学装置的封装结构，其中，该发光元件为不可见光发光元件，而该感光元件为不可见光感光元件。
10.如权利要求1所述的光学装置的封装结构，其中，该发光元件与该感光元件之间相隔大于0.1mm小于3mm。
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