CN106206915B - 一种光学芯片的集成结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学芯片的集成结构及其制造方法，侧壁部上分别设置有连通所述第一内腔的第一入口、第一出口，所述第一入口、第一出口与第一内腔构成了第一注塑通道；通过第一注塑通道在所述第一内腔中注塑形成有覆盖所述光学传感器芯片的第一透光注塑体；所述侧壁部上分别设置有连通所述第二内腔的第二入口、第二出口，所述第二入口、第二出口与第二内腔构成了第二注塑通道；通过第二注塑通道在所述第二内腔中注塑形成有覆盖所述LED芯片的第二透光注塑体。本发明的集成结构，不需要复杂的模具，工艺流程简单。

Description

一种光学芯片的集成结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及光学传感器领域，更具体地，本发明涉及一种光学芯片的集成结构；本发明还涉及一种集成结构的制造方法。
背景技术
光学传感器在消费电子的应用越来越广泛，如手机、智能手表、智能手环等。利用光学传感器，可以实现接近光检测、环境光检测、心率检测、血氧检测、手势识别等。一般来说，会将光学传感器芯片和LED芯片集成在单个封装中。其基本原理是LED芯片发出特定波长的光线，该光线到达待测物体后，会返回一束与待测物体相关的光线，该光线到达光学传感器芯片的光学接收区，从而使光学传感器芯片作出相应的响应。
为防止LED芯片发出的光线直接到达光学传感器芯片的光学接收区，在封装过程中，需要对封装结构进行特殊设计，以达到光学传感器芯片与LED芯片之间光学隔离的目的。如果LED芯片发出的光线，直接到达光学传感器芯片的光学接收区，同样会引起光学传感器芯片的光响应，这样的信号是不能反映待测物体的信息的，比如位置，距离，吸光率等。
而目前的大多光学传感器的封装形式，其结构比较复杂，且很昂贵，这对封装机台和工程人员的技术水平提出了很高的要求，无形中为光学传感器产品的开发设置了门槛。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种光学芯片的集成结构的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种光学芯片的集成结构，包括由基板、侧壁部围成的具有上端开口的外部封装，在所述外部封装的内腔中还设置有至少一个不透光的间隔部，所述至少一个间隔部将外部封装的内腔分隔为第一内腔、至少一个第二内腔；在所述第一内腔中设置有光学传感器芯片，在每个第二内腔中设置有一个LED芯片；
其中，所述侧壁部上分别设置有连通所述第一内腔的第一入口、第一出口，所述第一入口、第一出口与第一内腔构成了第一注塑通道；通过第一注塑通道在所述第一内腔中注塑形成有覆盖所述光学传感器芯片的第一透光注塑体；
所述侧壁部上分别设置有连通所述第二内腔的第二入口、第二出口，所述第二入口、第二出口与第二内腔构成了第二注塑通道；通过第二注塑通道在所述第二内腔中注塑形成有覆盖所述LED芯片的第二透光注塑体。
可选的是，所述第一入口、第一出口分别设置在侧壁部相对的两端；所述第二入口、第二出口分别设置在侧壁部相对的两端。
可选的是，所述侧壁部、基板、间隔部围成的第一内腔、第二内腔分别呈矩形，所述第一入口、第一出口分别设置在第一内腔的长度方向上或者对角方向上；所述第二入口、第二出口分别设置在第二内腔的长度方向上或者对角方向上。
可选的是，所述第一入口、第一出口分别设置有两个或者更多个。
可选的是，所述侧壁部以及间隔部为预先同时注塑在基板上的预塑封体。
可选的是，在所述基板上设置有凹槽或者凸起，所述预塑封体在所述基板的凹槽或凸起位置形成对应的凸起或凹槽结构。
可选的是，在所述第一透光塑封体或/和第二透光塑封体的上端面还形成有光学透镜结构。
可选的是，所述间隔部设置有两个，所述两个间隔部将所述外部封装的内腔分隔为一个第一内腔、两个第二内腔，所述两个第二内腔分别位于第一内腔的两侧。
根据本发明的另一方面，还提供了一种上述集成结构的制造方法，包括以下步骤：
a)将侧壁部、间隔部结合在基板上，从而在基板上围成由间隔部分隔开的第一内腔、第二内腔；其中，所述侧壁部上分别设置有连通所述第一内腔的第一入口、第一出口，所述第一入口、第一出口与第一内腔构成了第一注塑通道；所述侧壁部上分别设置有连通所述第二内腔的第二入口、第二出口，所述第二入口、第二出口与第二内腔构成了第二注塑通道；
b)将光学传感器芯片、LED芯片分别安装在第一内腔、第二内腔中，并进行打线，以将光学传感器芯片、LED芯片的引脚连接到基板的电路中；
c)利用模具将第一内腔、第二内腔的上端开口封住，通过第一注塑通道在第一内腔中注塑形成覆盖所述光学传感器芯片的第一透光注塑体；通过第二注塑通道在第二内腔中注塑形成覆盖所述LED芯片的第二透光注塑体。
可选的是，所述步骤a)中，所述侧壁部、间隔部为同时注塑在基板上的预塑封体。
本发明的集成结构，所述第一入口、第一出口、第一内腔围成了第一注塑通道，所述第二入口、第二出口、第二内腔围成了第二注塑通道，通过这两个注塑通道可方便地在第一内腔、第二内腔中注塑形成第一透光塑封体、第二透光塑封体。本发明的集成结构，不需要复杂的模具，工艺流程简单，且能够达到传统复杂工艺流程封装所达到的光学性能；采用这种结构进行注塑，使得本发明的基板可以采用金属框架，可有效降低封装物料的成本；而且，不透明塑封材料的注塑和透明塑封材料的注塑可以在不同的供应商完成，提高了封装供应商选择的灵活性。
本发明的发明人发现，在现有技术中，大多光学传感器的封装形式，其结构比较复杂，且很昂贵，这对封装机台和工程人员的技术水平提出了很高的要求，无形中为光学传感器产品的开发设置了门槛。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是本发明集成结构的示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1中集成结构制造方法的示意图。
图4是注塑形成第一、第二透光塑封体时的示意图。
图5是本发明预塑封体与基板结合的一种优选实施方式的示意图。
图6是本发明集成结构另一实施方式的示意图。
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的集成结构，包括由基板1、侧壁部2围成上端开口的外部封装，所述基板1固定在侧壁部2的下端，使得基板1与侧壁部2围成了具有上端开口内腔的外部封装，这种结构属于本领域技术人员的公知常识。在本发明一个具体的实施方式中，所述侧壁部2为预先注塑在基板1上的预塑封体。在所述外部封装的内腔中还设置有不透光的间隔部3，所述间隔部3可以设置在基板1上，并通过该间隔部3将外部封装的内腔分隔成彼此光隔离的第一内腔b、第二内腔a，参考图3。
本发明的间隔部3与侧壁部2一样，均可以为预先注塑在基板1上的预塑封体；通过注塑的方式同时在基板1上形成侧壁部2以及间隔部3，使得侧壁部2、间隔部3与基板1共同围成了彼此光隔离的第一内腔b、第二内腔a。
在所述第一内腔b中设置有光学传感器芯片5，在第二内腔a中设置有LED芯片4，所述光学传感器芯片5、LED芯片4上均具有光学区域，光学传感器芯片5通过其光学区域来感应外界的光信号，从而使光学传感器芯片5可以根据不同的光信号而发出不同的响应，例如可根据光线的强弱使光学传感器芯片5发出不同的控制信号等；LED芯片4通过其光学区域可以向外发射出光信号；这种光学芯片的结构及其原理均属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
光学传感器芯片5以及LED芯片4例如可以通过贴装的方式固定在基板1上，并可通过打线的方式将两个光学芯片的引脚连接在基板1的电路布图中；当然，对于本领域的技术人员而言，还可以采用植锡球的方式将上述的光学芯片直接焊接在基板1的焊盘上，以实现光学芯片与基板1的机械连接以及电连接。
本发明的LED芯片4可以设置有一个、两个或者更多个。当LED芯片4设置有两个时，需要设置两个间隔部3，所述两个间隔部3将所述外部封装的内腔分隔为一个第一内腔b、两个第二内腔a，所述两个第二内腔a分别位于第一内腔b的两侧。两个LED芯片4分别设置在两个第二内腔a中，使得两个LED芯片4可以分布在光学传感器芯片5的两侧。当LED芯片4设置有四个或者更多个的时候，根据LED芯片4相对于光学传感器芯片5分布的情况，通过设置的间隔部将外部封装的内腔分隔为对应数量、对应位置的第一内腔b、第二内腔a即可，在此不再具体说明。
本发明的集成结构，所述侧壁部2上分别设置有连通所述第一内腔b的第一入口9a、第一出口9b，也就是说，该第一内腔b具有第一入口9a、第一出口9b，使得所述第一入口9a、第一出口9b与第一内腔b可以构成第一注塑通道。通过该第一注塑通道在所述第一内腔b中注塑形成有覆盖所述光学传感器芯片5的第一透光注塑体7，参考图1、图2、图3。所述第一透光塑封体7采用透光的材料，使得所述第一透光塑封体7在保护光学传感器芯片5的同时，不会影响光学传感器芯片5的正常工作。在注塑的时候，透光的注塑料通过第一入口9a进入到第一内腔b中，并可通过第一出口9b流出，最终形成了位于第一内腔b中的第一透光注塑体7，参考图4。需要注意的是，在注塑的时候，需要采用模具将第一内腔b的上端开口封闭住。
所述侧壁部2上分别设置有连通所述第二内腔a的第二入口8a、第二出口8b，也就是说，该第二内腔a具有第二入口8a、第二出口8b，使得所述第二入口8a、第二出口8b与第一内腔a可以构成第二注塑通道。通过该第二注塑通道在所述第二内腔a中注塑形成有覆盖所述LED芯片4的第二透光注塑体6，参考图1、图2、图3。所述第二透光塑封体6采用透光的材料，使得所述第二透光塑封体6在保护LED芯片4的同时，不会影响LED芯片4的正常工作。在注塑的时候，透光的注塑料通过第二入口8a进入到第二内腔a中，并可通过第二出口8b流出，最终形成了位于第二内腔a中的第二透光注塑体6，参考图4。需要注意的是，在注塑的时候，需要采用模具将第二内腔a的上端开口封闭住。
其中优选的是，所述第一入口9a、第一出口9b可以分别设置在侧壁部2相对的两端，也就是说，第一入口9a、第一出口9b位于第一内腔b的两端，从而加大第一注塑通道的长度，以利于第一透光塑封体7在第一内腔b中的注塑。基于相同的道理，所述第二入口8a、第二出口8b可以分别设置在侧壁部2相对的两端，也就是说，第二入口8a、第二出口8b位于第二内腔a的两端，从而加大第二注塑通道的长度，以利于第二透光塑封体6在第二内腔a中的注塑。例如在本发明一个具体的实施方式中，所述侧壁部2、基板1、间隔部3围成的第一内腔b、第二内腔a分别呈矩形时，所述第一入口9a、第一出口9b分别设置在第一内腔b的长度方向上或者对角方向上；所述第二入口8a、第二出口8b分别设置在第二内腔a的长度方向上或者对角方向上。
由于光学传感器芯片5较大，故第一内腔b的容积较大，为了在第一内腔b更好地注塑形成第一透光塑封体7，所述第一入口9a、第一出口9b可分别设置有两个，在注塑的时候，通过两个第一入口9a进行进料，并通过两个第二出口9b进行出料，以便可以使透光的注塑料可以均匀地充满在第一内腔b中。当然，所述第一入口9a、第一出口9b可分别设置有两个以上，本领域技术人员可根据结构及工艺需求自行选择。
本发明的集成结构可用于接近光/环境光传感器、心率/血氧传感器中，所述第一入口、第一出口、第一内腔围成了第一注塑通道，所述第二入口、第二出口、第二内腔围成了第二注塑通道，通过这两个注塑通道可方便地在第一内腔、第二内腔中注塑形成第一透光塑封体、第二透光塑封体。本发明的集成结构，不需要复杂的模具，工艺流程简单，且能够达到传统复杂工艺流程封装所达到的光学性能；采用这种结构进行注塑，使得本发明的基板可以采用金属框架，可有效降低封装物料的成本；而且，不透明塑封材料的注塑和透明塑封材料的注塑可以在不同的供应商完成，提高了封装供应商选择的灵活性。
在本发明一个优选的实施方式中，为了提高侧壁部2、间隔部3与基板1的附着力，可以在基板1的相应位置上开出一定深度凹槽或者一定高度的凸起，在注塑所述预塑封体之后，所述预塑封体会在基板1的凹槽或凸起位置形成对应的凸起10或凹槽结构，参考图5。通过这种类似锯齿状的结合结构，可以大大提高预塑封体在基板1上的附着力。当然，所述基板1可以是PCB板或者具有上述凹槽、凸起的金属框架
本发明的集成结构，在所述第一透光塑封体7的上端面还形成有光学透镜结构11，参考图6。该光学透镜结构11可以作为光信号入射的光学镜头，由此可以提高光信号入射的强度，从而提高了光学传感器芯片5的灵敏度和分辨率。当然，对于本领域的技术人员来说，还可以在第二透光塑封体6的上端面设置光学透镜结构11，以此来提高光信号出射的强度，还可以改变光信号出射的角度。
本发明还提供了一种光学芯片的集成结构的制造方法，其包括以下步骤：
a)将侧壁部2、间隔部3结合在基板1上，从而在基板1上围成由间隔部3分隔开的第一内腔b、第二内腔a；其中，所述侧壁部2上分别设置有连通所述第一内腔b的第一入口9a、第一出口9b，所述第一入口9a、第一出口9b与第一内腔b构成了第一注塑通道；所述侧壁部2上分别设置有连通所述第二内腔a的第二入口8a、第二出口8b，所述第二入口8a、第二出口8b与第二内腔a构成了第二注塑通道，参考图3；
本发明的间隔部3与侧壁部2优选为预先注塑在基板1上的预塑封体；通过注塑的方式同时在基板1上形成侧壁部2以及间隔部3，并在侧壁部2上形成第一入口9a、第一出口9b、第二入口8a、第二出口8b，从而最终围成第一注塑通道以及第二注塑通道；
b)将光学传感器芯片5、LED芯片4分别安装在第一内腔b、第二内腔a中，并进行打线，以将光学传感器芯片5、LED芯片4的引脚连接到基板1的电路中；如上文所述，可采用本领域技术人员所熟知的贴装方式将光学传感器芯片5、LED芯片4安装在基板1上，并进行打线，以实现光学传感器芯片5、LED芯片4与基板1的电连接；
c)利用模具将第一内腔b、第二内腔a的上端开口封住，通过第一注塑通道在第一内腔b中注塑形成覆盖所述光学传感器芯片5的第一透光注塑体7；通过第二注塑通道在第二内腔a中注塑形成覆盖所述LED芯片4的第二透光注塑体6，以完成芯片的保护。
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)

1.一种光学芯片的集成结构，其特征在于：包括由基板(1)、侧壁部(2)围成的具有上端开口的外部封装，在所述外部封装的内腔中还设置有至少一个不透光的间隔部(3)，所述至少一个间隔部(3)将外部封装的内腔分隔为第一内腔(b)、至少一个第二内腔(a)；在所述第一内腔(b)中设置有光学传感器芯片(5)，在每个第二内腔(a)中设置有一个LED芯片(4)；
其中，所述侧壁部(2)上分别设置有连通所述第一内腔(b)的第一入口(9a)、第一出口(9b)，所述第一入口(9a)、第一出口(9b)与第一内腔(b)构成了第一注塑通道；通过第一注塑通道在所述第一内腔(b)中注塑形成有覆盖所述光学传感器芯片(5)的第一透光注塑体(7)；
所述侧壁部(2)上分别设置有连通所述第二内腔(a)的第二入口(8a)、第二出口(8b)，所述第二入口(8a)、第二出口(8b)与第二内腔(a)构成了第二注塑通道；通过第二注塑通道在所述第二内腔(a)中注塑形成有覆盖所述LED芯片(4)的第二透光注塑体(6)。
2.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于：所述第一入口(9a)、第一出口(9b)分别设置在侧壁部(2)相对的两端；所述第二入口(8a)、第二出口(8b)分别设置在侧壁部(2)相对的两端。
3.根据权利要求2所述的集成结构，其特征在于：所述侧壁部(2)、基板(1)、间隔部(3)围成的第一内腔(b)、第二内腔(a)分别呈矩形，所述第一入口(9a)、第一出口(9b)分别设置在第一内腔(b)的长度方向上或者对角方向上；所述第二入口(8a)、第二出口(8b)分别设置在第二内腔(a)的长度方向上或者对角方向上。
4.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于：所述第一入口(9a)、第一出口(9b)分别设置有两个或者更多个。
5.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于：所述侧壁部(2)以及间隔部(3)为预先同时注塑在基板(1)上的预塑封体。
6.根据权利要求5所述的集成结构，其特征在于：在所述基板(1)上设置有凹槽或者凸起，所述预塑封体在所述基板(1)的凹槽或凸起位置形成对应的凸起(10)或凹槽结构。
7.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于：在所述第一透光塑封体(7)或/和第二透光塑封体(6)的上端面还形成有光学透镜结构(11)。
8.根据权利要求1所述的集成结构，其特征在于：所述间隔部(3)设置有两个，所述两个间隔部(3)将所述外部封装的内腔分隔为一个第一内腔(b)、两个第二内腔(a)，所述两个第二内腔(a)分别位于第一内腔(b)的两侧。
9.一种如权利要求1至8任一项所述光学芯片的集成结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将侧壁部(2)、间隔部(3)结合在基板(1)上，从而在基板(1)上围成由间隔部(3)分隔开的第一内腔(b)、第二内腔(a)；其中，所述侧壁部(2)上分别设置有连通所述第一内腔(b)的第一入口(9a)、第一出口(9b)，所述第一入口(9a)、第一出口(9b)与第一内腔(b)构成了第一注塑通道；所述侧壁部(2)上分别设置有连通所述第二内腔(a)的第二入口(8a)、第二出口(8b)，所述第二入口(8a)、第二出口(8b)与第二内腔(a)构成了第二注塑通道；
b)将光学传感器芯片(5)、LED芯片(4)分别安装在第一内腔(b)、第二内腔(a)中，并进行打线，以将光学传感器芯片(5)、LED芯片(4)的引脚连接到基板(1)的电路中；
c)利用模具将第一内腔(b)、第二内腔(a)的上端开口封住，通过第一注塑通道在第一内腔(b)中注塑形成覆盖所述光学传感器芯片(5)的第一透光注塑体(7)；通过第二注塑通道在第二内腔(a)中注塑形成覆盖所述LED芯片(4)的第二透光注塑体(6)。
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，所述侧壁部(2)、间隔部(3)为同时注塑在基板(1)上的预塑封体。
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