CN110346805A - 接近传感器 - Google Patents
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Abstract
一种接近传感器，包括：具有第一侧和第二侧的包封层；多个帽脚，多个帽脚与包封层的第一侧相接触并且从包封层的第一侧延伸，多个帽脚与包封层由相同材料形成，帽脚中的两个帽脚相对于包封层的第一侧具有第一高度，并且帽脚中的一个帽脚相对于包封层的第一侧具有第二高度，第二高度不同于第一高度；以及多个透镜，每个透镜具有第一侧和第二侧，包封层与每个透镜的第一侧和第二侧相接触；发光器件，发光器件被布置在透镜中的第一透镜之下；半导体裸片，包括在透镜中的第二透镜之下布置的传感器区域；以及粘附材料，粘附材料防止光从中穿过，粘附材料将帽脚中的相对于包封层的第一侧具有第二高度的一个帽脚固定到半导体裸片。
Description
本申请是于2014年12月24日提交的、申请号为201410831009.7、发明名称为“接近传感器帽”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本申请总体上涉及半导体器件，并且更具体地涉及半导体接近传感器器件。
背景技术
图1A是常规的接近传感器100的俯视平面图。接近传感器100包括具有形成于其中的第一孔洞104和第二孔洞106的帽102。图1B是接近传感器100沿着图1A所示的线1B-1B的截面视图。接近传感器100包括在印刷电路板衬底112上布置的发光器件108和半导体裸片110。半导体裸片110的上表面包括传感器区域114。
如图1B所示，帽102包括第一帽部件102a、第二帽部件102b、和第三帽部件102c。帽部件102a至102c极其小，通常具有15微米和150微米之间的尺寸。帽102也包括成对的透镜116。透镜116之一利用粘合材料118a被固定到第一帽部件102a并且利用粘合材料118b被固定到第二帽部件102b。另一透镜116利用粘合材料118c被固定到第二帽部件102b并且利用粘合材料118d被固定到第三帽部件102c。第一帽部件102a使用粘合材料120a被固定到印刷电路板衬底112。第二帽部件102b使用粘合材料120b被固定到半导体裸片110。第三帽部件102c使用粘合材料120c被固定到印刷电路板衬底112。
在接近传感器100工作过程中，发光器件108发射光穿过第一透镜116和第一孔洞104。发光器件108所发射的光被接近传感器100附近的物体反射，这些光可以进入第二孔洞106，穿过第二透镜116并且射至传感器区域114。接近传感器100输出信号，表明入射在传感器区域114上的光的强度。
在接近传感器100制作过程中，粘合材料120a和粘合材料120c被沉积在印刷电路板衬底112的上表面，粘合材料120b被沉积在半导体裸片110的上表面。微小的帽部件102a至102c被仔细地分别安置在粘合材料120a至120c之上。如果帽部件102a至102c和/或粘合材料120a至120c没有被精确地放置在它们的目标位置，帽部件102a至120c可能无法合适地粘附和/或可能无法在发光器件108和传感器区域114之上分别形成孔洞104和孔洞106。因此，接近传感器100的制作可以导致高的缺陷率，这可以增加制造成本。
因此，需要可以以低缺陷率制作的接近传感器器件。
发明内容
根据一实施例，提供了形成接近传感器帽的方法。根据该方法，多个透镜被放置在第一粘附层上。每个所述透镜包括面向第一粘附层的第一侧和背离第一粘附层的第二侧。形成包封层，其中包封层具有与第一粘附层相接触的第一侧和与背离第一粘附层的每个所述透镜的第二侧相接触的第二侧。包封层和透镜与第一粘附层分离。包封层被放置在第二粘附层上，使得每个所述透镜的第一侧背离第二粘附层。在包封层之上形成多个帽脚。每个帽脚与包封层的第二侧接触并且从包封层的第二侧延伸。包封层与第二粘附层分离。
根据另一实施例，提供了接近传感器帽。接近传感器帽包括包封层、多个帽脚、和多个透镜。包封层具有第一侧和第二侧。帽脚与包封层的第一侧接触并且从包封层的第一侧延伸。每个所述透镜具有第一侧和第二侧。包封层与每个所述透镜的第一侧和第二侧相接触。包封层的第二侧包括多个孔洞，每个孔洞被布置在透镜中的一个透镜之上。
根据另一实施例，提供了接近传感器。接近传感器包括包封层、多个帽脚、多个透镜、发光器件、和半导体裸片。包封层具有第一侧和第二侧。帽脚与包封层的第一侧相接触并且从包封层的第一侧延伸。每个所述透镜具有第一侧和第二侧。包封层与每个所述透镜的第一侧和第二侧相接触。发光器件被布置在透镜中的第一透镜之下。半导体裸片包括布置在透镜中的第二透镜之下的传感器区域。
附图说明
图1A是常规的接近传感器的俯视平面图。
图1B是图1A所示的接近传感器的截面视图。
图2A至图2H示出了根据一个实施例的在制作的各个阶段的接近帽组件。
图3A是根据一个实施例的接近传感器帽的俯视图。
图3B是图3A所示的接近传感器帽的截面视图。
图4是根据一个实施例的接近传感器的截面视图。
图5是根据一个实施例的通信设备的框图。
具体实施方式
图2A至图2H示出了根据一个实施例的在制作的各个阶段的接近传感器帽组件200。
如图2A所示，提供了载体202。在载体202的上表面之上形成粘附层204。例如，载体202可以是硅或玻璃衬底或金属板，并且粘附层204由常规的粘合材料形成。
如图2B所示，多个常规的透镜206被放置在粘附层204之上。例如，可以使用利用常规的表面安装技术的拾取放置机械将透镜206放置在粘附层204之上。例如，透镜206可以由玻璃或者塑料形成。透镜206可以使大部分(即使不是所有)入射到透镜206上的光能够通过透镜206。例如，透镜206可以使入射到透镜206上的在可见光谱内的光(例如从约400nm到约700nm的波长的光)或者在红外光谱内的光(例如从约700nm到约1250nm的波长的光)的至少85％能够通过透镜206。附加地或者备选地，透镜206可以用作滤光镜，防止预先确定的波长的光从中穿过。例如，透镜206可以防止入射到透镜206上的可见光谱内的光或者红外光谱内的光从中穿过。
每个透镜206包括第一侧208、第二侧210、和至少一个第三侧212。每个透镜206的第一侧208面对粘附层204。每个透镜206的第二侧210背离粘附层204。每个第三侧212被布置在透镜206中的一个透镜的第一侧208和第二侧210之间。多个表面分别对应于每个透镜206的第一侧208、第二侧210、和第三侧212。
如图2C所示，在一个实施例中，多个掩膜214被放置在载体202之上。每个掩膜214被放置在透镜206中的一个透镜的第二侧210之上。例如，可以使用利用常规表面安装技术的拾取放置机械将掩膜214放置在透镜206上。可以使用粘合材料(未示出)将掩膜214固定到透镜206。然后在粘附层204的暴露部分、透镜206的第三侧212、和透镜206的第二侧210没有被掩膜214覆盖的暴露部分之上形成包封层216。包封层216包括与粘附层204相接触的第一侧218和背离粘附层204的第二侧220，并且与每个透镜206的第二侧210相接触。包封层216的第一侧218和第二侧220中的每侧对应于至少一个表面。
图2C中所示的掩膜214是可选的。在另一实施例中，不使用图2C中所示的掩膜214。替代地使用模具腔。所示的由掩膜214覆盖的区域保持开放并且接近传感器帽组件200被放置在模具腔中。模具腔被成形以使得包封层216在利用模制化合物填充模具腔时被形成为如图2D所示。由于在使用模具腔时无需应用和去除掩膜214的步骤，所以模具腔的使用可以减小工艺步骤的数目。
包封层由放置在成组的透镜之上的液体形成。其可以是聚合物、环氧树脂、或者其他封装材料。其可以被注入模具、旋转、流动，或者相反以液体形式应用，之后进行固化。由于它是在透镜周围以液体形式被应用的并且然后被固化以被硬化，所以它将坚固地附着在透镜上并且确信能够阻挡在透镜周围的区域的所有光。层216是由阻挡光的高度不透明的材料形成的。
如图2D所示，当从透镜206去除掩膜214的时候，在包封层216的第二侧220形成多个孔洞222。每个孔洞222被定位在透镜206中的一个透镜之上。
接下来，将包封层216和透镜206与粘附层204分离。例如，接近传感器帽组件200的包括粘附层204的下部部分被放置在诸如水的溶剂里，以将包封层216和透镜206与粘附层204分离。
在一个实施例中，掩膜214是从包括在薄膜辅助成型机械之中的腔体的上表面向下延伸的突起。接近传感器帽组件200然后被放置在腔体中，并且被向腔体的上表面抬起直到掩膜214接触透镜206的表面210。当机械将接近传感器帽组件200保持在该位置时，机械将形成包封层216的模制化合物注入到腔体。在模制化合物已经至少部分硬化之后，机械将接近传感器帽组件200从腔体的上表面移走直到掩膜214不再接触透镜206。
如图2E所示，包封层216和透镜206然后被翻转并且放置在具有在其上形成的粘附层226的载体224之上。例如，载体224是硅玻璃或者其它载体并且粘附层226由常规的粘合材料形成。包封层216的第二侧220然后被放置在粘附层226之上。例如，可以使用利用常规表面安装技术的拾取放置机械将包封层216放置在粘附层228上。
如图2F所示，在一个实施例中，多个掩膜228被放置在每个透镜206的第一侧208和包封层216的第一侧218的部分之上。例如，可以使用利用常规表面安装技术的拾取放置机械将掩膜228放置在透镜206和包封层216之上。可以使用粘合材料(未示出)将掩膜228固定到透镜206和包封层216。
然后在包封层216没有被掩膜228覆盖的暴露部分上形成模制化合物。模制化合物形成第一多个脚230、第二多个脚232、和第三多个脚234(在图2G和图2H中示出)。如下文所解释的，成对的脚230和成对的脚234形成接近传感器帽的外壁，并且脚232中的一个脚形成在接近传感器帽内的光屏障。形成脚230、脚232、和脚234的模制化合物是从中不传播光的常规的模制化合物。例如，模制化合物可以由黑色材料形成。可以使用同样的模制化合物形成包封层216、脚230、脚232、和脚234。
如图2G所示，然后从每个透镜206的第一侧208和包封层216的第一侧218的部分移除掩膜228。脚230和脚234中的每个脚具有高度h1，而每个脚232具有高度h2，其中h1大于h2。
图2F中所示的掩膜228是可选的。在另一实施例中，不使用图2F中所示的掩膜228。替代地使用模具腔。所示的由掩膜228覆盖的区域保持开放并且接近传感器帽组件200被放置在模具腔中。模具腔被成形以使得脚230、脚232和脚234在利用模制化合物填充模具腔时被形成为如图2G所示。由于在使用模具腔时无需应用和去除掩膜228的步骤，所以模具腔的使用可以减小工艺步骤的数目。
在一个实施例中，掩膜228是从包括在薄膜辅助成型机械之中的腔体的上表面向下延伸的突起。接近传感器帽组件200然后被放置在腔体中，并且被向腔体的上表面抬起直到掩膜228接触透镜206的表面208和包封层216的第一侧218的部分。当机械将接近传感器帽组件200保持在该位置时，机械将形成脚230、脚232、和脚234的模制化合物注入到腔体。在模制化合物已经至少部分硬化之后，机械将接近传感器帽组件200从腔体的上表面移走直到掩膜228不再接触透镜206和包封层216。
如图2H所示，锯(未示出)的刀片236沿着至少一个帽脚230的纵长方向切割或者锯开至少一个帽脚230。刀片236向下移动并且穿过至少一个帽脚230和在至少一个帽脚230之下的包封层216。事实上，脚230和脚234将是形成接近传感器帽300的外壁的公共壁。
附加地，包封层216被与粘附层226分离以形成多个接近传感器帽300(如图3A和3B所示)。例如，接近传感器帽组件200的包括粘附层226的至少下部部分被放置到诸如水的溶剂中，以将包封层216与粘附层226分离。
图3A是根据一个实施例的接近传感器帽300的俯视图。接近传感器帽300包括由包封层216形成的上部部分302。上部部分302包括第一孔洞304和第二孔洞306，对应于成对的孔洞222。
图3B是接近传感器帽300沿着图3A所示的线3B-3B的截面视图。接近传感器帽300包括由帽脚230形成的成对的第一侧壁308。接近传感器帽300也包括由帽脚234形成的成对的第二侧壁310。侧壁310中只有一个在图3B中示出。光阻挡构件312由帽脚232之一形成。光阻挡构件312从侧壁310之一延伸到相对的侧壁310(未示出)。另外，第一侧壁308从侧壁310之一延伸到相对的侧壁310(未示出)。
图4是根据一个实施例的接近传感器400的截面视图。接近传感器400包括印刷电路板衬底402。印刷电路板衬底402的上表面包括多个接触焊盘404。印刷电路板衬底402的下表面包括多个接触焊盘406。多个导电迹线408在印刷电路板衬底402的上表面之上的一个或者多个接触焊盘404和在印刷电路板衬底402的下表面之上的一个或者多个焊盘406之间形成电连接。
常规的半导体裸片410被布置在印刷电路板衬底402的上表面上。半导体裸片410的上表面包括传感器区域412和至少一个接触焊盘414。常规的导电粘合材料416在半导体裸片410的下表面和在印刷电路板衬底402的上表面之上的接触焊盘404中的一个接触焊盘404之间形成电连接。导电粘合材料416将半导体裸片410也固定到印刷电路板衬底402。至少一个接线418在印刷电路板衬底402的上表面之上的至少一个接触焊盘404和在半导体裸片410的上表面之上的至少一个接触焊盘414之间形成至少一个电连接。在一个实施例中，常规的接线键合机械将至少一个接线418的一端连接到在印刷电路板衬底402的上表面之上的接触焊盘404中的一个接触焊盘404，然后将接线418的另一端连接到在半导体裸片410的上表面之上的至少一个接触焊盘414中的一个接触焊盘414。
常规的发光器件420被布置在印刷电路板衬底402的上表面之上的接触焊盘404中的一个接触焊盘404之上。在一个实施例中，发光器件420是常规的发光二极管(LED)。在一个实施例中，发光器件420是常规的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。导电粘合材料416在可以包括接触焊盘的发光器件410的下表面和在印刷电路板衬底402的上表面之上的接触焊盘404之间形成电连接。导电粘合材料416也将发光器件420固定到印刷电路板衬底402。
发光器件420的上表面包括发光区域422和接触焊盘424。接线426在接触焊盘424和在印刷电路板衬底402的上表面之上的接触焊盘404中的一个接触焊盘404之间形成电连接。在一个实施例中，常规的接线键合机械将接线426的一端连接到在印刷电路板衬底402的上表面之上的接触焊盘404中的一个接触焊盘404，然后将接线418的另一端连接到在印刷电路板衬底402的上表面之上的接触焊盘424。
接近传感器400也包括图3A和3B示出的接近传感器帽300。接近传感器帽300被固定到印刷电路板衬底402和半导体裸片410。更具体地，粘合材料428a将第一侧壁308固定到印刷电路板衬底402的上表面。粘合材料428b将第二侧壁310(在图4中仅示出一个)固定到印刷电路板衬底402的上表面。附加地，粘合材料428c将光阻挡构件312固定到半导体裸片410的上表面。
第一侧壁308和第二侧壁310的下表面是平整的。印刷电路板衬底402的上表面也是平整的。粘合材料428a和粘合材料428b不允许光从中通过。当接近传感器帽300被固定到印刷电路板衬底402时，上部部分302、第一侧壁308、和第二侧壁310防止外面的光除了穿过透镜206的光之外进入接近传感器400。
此外，光阻挡构件312的下表面和半导体裸片410的上表面是平整的。粘合材料428c不允许光从中穿过。当接近传感器帽300被固定到印刷电路板衬底402和半导体裸片410时，光阻挡构件312防止发光器件420发出的光到达半导体裸片410的传感器区域412，除了透过第一孔洞304、由接近传感器400附近的物体反射、并且进入第二孔洞306的光之外。
在接近传感器400的操作期间，通过在印刷电路板衬底402的下表面上的一个或者多个接触焊盘406给接近传感器400提供电力。电力经由一个或者多个导电迹线408提供给半导体裸片410，所述一个或者多个导电迹线408连接到在印刷电路板衬底402的上表面上的接触焊盘404之一，至少一个接线418将所述接触焊盘404之一连接到在半导体裸片410的上表面之上的至少一个接触焊盘414。公共的参考电势(例如地)可以通过在印刷电路板衬底402的下表面上的一个或者多个接触焊盘406提供给接近传感器400。公共的参考电势可以经由一个或者多个导电迹线408提供给半导体裸片，所述一个或者多个导电迹线408连接到在印刷电路板衬底402的上表面之上的接触焊盘404之一，所述接触焊盘404之一被连接到可以包括接触焊盘的半导体裸片410的下表面。
附加地，电力经由在印刷电路板衬底402的上表面之上的接触焊盘404之一提供给发光器件420，所述接触焊盘404之一被连接到在发光器件420的上表面之上的接触焊盘424。公共的参考电势经由发光器件420的下表面提供给发光器件420，发光器件420的下表面可以包括耦合到印刷电路板衬底402的上表面上的接触焊盘404之一的接触焊盘。
接近传感器400从在印刷电路板衬底402的下表面之上的一个或者多个接触焊盘406提供数据和/或控制信号。那些接触焊盘406被一个或者多个导电迹线408连接到印刷电路板衬底402的上表面之上的一个或者多个接触焊盘404。一个或者多个接触焊盘404也通过至少一个接线418连接到半导体裸片410的上表面之上的接触焊盘414中的至少一个。在图4B中示出仅一个这种接触焊盘404、接触焊盘414、和接线418。
发光器件420发出光穿过第一透镜206和在盖体302内的第一孔洞304。被接近传感器400附近的物体反射的光可以进入盖体302内的第二孔洞306，穿过第二透镜206，并且射至半导体裸片410的传感器区域412。半导体裸片410从半导体裸片410的上表面上的至少一个接触焊盘414输出一个或者多个信号，所述一个或者多个信号表现出或者正比于入射到传感器区域412上的光的强度的大小。半导体裸片410可以包括驱动器，使得电力在预先确定的时间提供给发光器件420。
图5是根据一个实施例的通信设备500的框图。通信设备500包括接近传感器502、控制器504、和显示设备506。在一个实施例中，通信设备500是蜂窝电话，接近传感器502是图4所示的接近传感器400，显示设备502是触摸屏设备。例如，如果接近传感器502不靠近用户的身体，则接近传感器502将第一信号输出到控制器504，该信号指明来自接近传感器502的光输出很少(即使有)已经从用户的身体反射并且回到接近传感器502。当控制器504从接近传感器502接收第一信号时，控制器504为显示设备506提供第一控制信号，激活显示设备506和/或引起显示设备506的背光输出预先确定的最大量的光。
接近传感器502可以被安置在通信设备500的扬声器(未示出)附近。如果接近传感器502被放置在用户的身体附近(例如用户的耳朵)，则用户传感器502输出到控制器504第二信号。该信号指明来自接近传感器502的至少预先确定量的光输出已经从用户的身体反射并且返回接近传感器502。当控制器504从接近传感器502接收第二信号时，控制器504提供第二控制信号给显示设备506，第二控制信号禁用显示设备506和/或引起显示设备506的背光输出预先确定的最小量的光。因此，可以使用接近传感器502降低通信设备500的功率消耗。
上文所描述的各种实施例可以被组合用来提供另外的实施例。在本说明书中参考的和/或在应用数据表中列出的所有的美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开通过引用整体并入本文。如果需要使用各种专利、申请和公开的构思以提供又另外的实施例，实施例的方面可以被修改。
可以根据上文详细的描述对实施例做出这些和其他变化。通常，在下面的权利要求中，所使用的术语不应当被解释为限制权利要求到在本说明书和权利要求中公开的特定的实施例，而是应该被解释为包括所有可能的实施例，以及这些权利要求对其拥有权利的等价物的全部范围。因此，权利要求不受本公开所限制。
Claims (5)
1.一种接近传感器，包括：
具有第一侧和第二侧的包封层；
多个帽脚，所述多个帽脚与所述包封层的所述第一侧相接触并且从所述包封层的所述第一侧延伸，所述多个帽脚与所述包封层由相同材料形成，所述帽脚中的两个帽脚相对于所述包封层的所述第一侧具有第一高度，并且所述帽脚中的一个帽脚相对于所述包封层的所述第一侧具有第二高度，所述第二高度不同于所述第一高度；以及
多个透镜，每个所述透镜具有第一侧和第二侧，所述包封层与每个所述透镜的所述第一侧和所述第二侧相接触；
发光器件，所述发光器件被布置在所述透镜中的第一透镜之下；
半导体裸片，包括在所述透镜中的第二透镜之下布置的传感器区域；以及
粘附材料，所述粘附材料防止光从中穿过，所述粘附材料将所述帽脚中的相对于所述包封层的所述第一侧具有所述第二高度的所述一个帽脚固定到所述半导体裸片。
2.根据权利要求1所述的接近传感器，其中所述包封层至少部分地布置在每个所述透镜之上。
3.根据权利要求1所述的接近传感器，其中每个所述透镜被布置在所述帽脚中的两个帽脚之间。
4.根据权利要求1所述的接近传感器，其中所述帽脚之一被布置在所述传感器区域和所述发光器件之间并且被固定到所述半导体裸片。
5.根据权利要求1所述的接近传感器，其中所述包封层的所述第二侧包括多个孔洞，每个所述透镜被布置在所述孔洞之一下方。
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