CN110718543A - 光学设备及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种光学设备包含衬底、电子组件、盖和阻挡层。所述电子组件安置在所述衬底上。所述电子组件具有背对所述衬底的主动表面。所述盖安置在所述衬底上。所述盖具有朝向电子组件的所述主动表面延伸的壁结构,且与所述电子组件的所述主动表面间隔开。所述阻挡层安置在所述电子组件的所述主动表面上,且与所述盖的所述壁结构间隔开。

Description

光学设备及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种光学设备,且更确切地说,涉及一种包含块结构的光学设备。
背景技术
在光学系统(例如,光扫描传感器、测距传感器、背光传感系统)中,光发射器(例如, 垂直腔面发射激光器(VCSEL)或发光二极管(LED))和/或光检测器被广泛用于检测任何 物体是否邻近于光学系统或包含光学系统的电子组件定位。光发射器经配置以朝向目标 物体发射光,并且从目标物体反射的光由光检测器接收。然而,从光发射器发射的光中的一些可以直接进入光检测器,这会引起不可接受的串扰问题且减小光学系统的信噪比(SNR)。
发明内容
根据本公开的一方面,一种光学设备包含衬底、电子组件、盖和阻挡层。所述电子组件安置在所述衬底上。所述电子组件具有背对所述衬底的主动表面。所述盖安置在所 述衬底上。所述盖具有朝向电子组件的所述主动表面延伸的壁结构,且与所述电子组件 的所述主动表面间隔开。所述阻挡层安置在所述电子组件的所述主动表面上,且与所述 盖的所述壁结构间隔开。
根据本公开的另一方面,一种光学设备包含衬底、电子组件、阻挡层和盖。所述电子组件安置在所述衬底上。所述电子组件具有背对所述衬底的主动表面。所述阻挡层安 置在所述电子组件的所述主动表面上。所述盖安置在所述衬底上。所述盖具有朝向电子 组件的所述主动表面延伸的壁结构,且与所述电子组件的所述主动表面间隔开。所述阻 挡层与所述壁结构间隔开,且邻近于所述盖的所述壁结构的至少一个侧面。
根据本公开的另一方面,一种用于制造光学设备的方法包含:(a)提供衬底;(b)将电 子组件安置在所述衬底上,所述电子组件具有背对所述衬底的主动表面;(c)将阻挡层安 置在所述电子组件的所述主动表面上;(d)移除所述阻挡层的一部分以形成凹槽;以及(e) 放置安置在所述衬底上的盖,所述盖具有在所述凹槽内延伸且与所述凹槽的侧壁和底表 面间隔开的壁结构。
附图说明
图1A说明根据本公开的一些实施例的光学设备的横截面图;
图1B说明根据本公开的一些实施例的图1A中的光学设备的透视图;
图2说明根据本公开的一些实施例的光学设备的横截面图;
图3说明根据本公开的一些实施例的光学设备的横截面图;
图4说明根据本公开的一些实施例的光学设备的横截面图;
图5A说明根据本公开的一些实施例的光学设备的横截面图;
图5B说明根据本公开的一些实施例的图5A中的光学设备的一部分的放大图;
图5C说明根据本公开的一些实施例的图5A中的光学设备的一部分的放大图;
图6A、6A'、6B和图6C说明根据本公开的一些实施例的用于制造光学系统的方法;
贯穿图式和详细描述使用共同参考标号来指示相同或类似组件。根据以下结合附图 进行的详细描述可最好地理解本公开。
具体实施方式
图1A说明根据本公开的一些实施例的光学设备1的横截面图。光学设备1包含衬底10、光检测器11、电子组件12、光发射器13、阻挡层(块结构或障壁)14、盖15、透 镜16a、16b和罩17。在一些实施例中,图1A中的光学设备1可以是光扫描传感器、 测距传感器、背光传感系统、ToF传感器等等。
衬底10可包含例如印刷电路板,例如,纸基铜箔层合物、复合铜箔层合物或聚合物浸渍的(p.p.)玻璃纤维基铜箔层合物。衬底10可包含互连结构,例如多个导电迹线、 衬垫或通孔。在一些实施例中,衬底10包含陶瓷材料或金属板。在一些实施例中,衬 底10可包含有机衬底或引线框。在一些实施例中,衬底10可包含双层衬底,所述双层 衬底包含芯层和安置在衬底10的上表面和底表面上的导电材料和/或结构。导电材料和/ 或结构可包含多个迹线、衬垫或通孔。在一些实施例中,衬底10包含穿透衬底10的孔 10h(例如,排气孔)以排出由衬底10、盖15和罩17界定的空腔内的空气,这可减轻或 消除爆米花问题。
电子组件12(裸片或芯片)安置在衬底10上且例如借助于倒装芯片或导线结合技术 连接到衬底10。在一些实施例中,如图1A中所展示,电子组件12具有背对衬底10的 主动表面121,且通过结合导线连接到衬底10。在一些实施例中,电子组件12可以是 或包含控制器、处理器、存储器、专用集成电路(ASIC)等等。
光发射器13安置在电子组件12上。在一些实施例中,光发射器13安置在电子组 件12的主动表面121上,且可通过结合导线电连接到电子组件12。在一些实施例中, 光发射器13经配置以朝向物体TB辐射光(例如,L11)。光发射器13可包含发射裸片或 其它光学裸片。举例来说,光发射器13可包含发光二极管(LED)、激光二极管、垂直腔 面发射激光器(VCSEL)或可包含一或多个半导体层的另一设备。半导体层可包含硅、碳 化硅、氮化镓或任何其它半导体材料。
光检测器11安置在衬底10上,且与光发射器13和电子组件12物理地分离。在一 些实施例中,光检测器11具有背对衬底10且经配置以接收从物体TB反射的光(例如, L12)的主动区(或光检测区域)。在一些实施例中,光检测器11可包含例如PIN二极管(包 含p型半导体区、本征半导体区和n型半导体区的二极管)或光电二极管或光电晶体管。 在一些实施例中,光检测器11是环境光感测(ALS)。光检测器11可例如借助于倒装芯 片或导线结合技术连接到衬底10。
盖(或壳体)15安置在衬底10上。盖15具有从盖15朝向电子组件12延伸的壁结构15w。壁结构15w安置在光检测器11与光发射器13之间。壁结构15w安置在电子组件 12上方。在一些实施例中,壁结构15w与电子组件12的主动表面121间隔开。举例来 说,壁结构15w不与电子组件12的主动表面121接触。举例来说,在壁结构15w与电 子组件12的主动表面121之间存在间隙。盖15具有不透明材料或光吸收材料以防止由 光发射器13发射的非所要光(例如,L13)直接透射到光检测器11。
阻挡层14安置在电子组件12上(例如,在电子组件12的主动表面121上)。阻挡层14与电子组件12的主动表面121接触。在其它实施例中,阻挡层14可与电子组件12 的主动表面121和侧面接触。阻挡层14与盖15和盖15的壁结构15w间隔开。举例来 说,在阻挡层14与盖15之间或在阻挡层14与盖15的壁结构15w之间存在间隙。阻挡 层14安置在光发射器13与光检测器11之间且邻近于盖15的壁结构15w。如图1A中 所展示,阻挡层14安置在光检测器11与壁结构15w之间。在一些实施例中,阻挡层 14可安置在壁结构15w与光发射器13之间。在一些实施例中,阻挡层14可安置在壁 结构15w的两侧。举例来说,存在两个阻挡层,一个安置在光发射器13与壁结构15w 之间,且另一个安置在壁结构15w与光检测器11之间。
如说明图1A中的光学设备1的透视图的图1B中所展示(为了清楚起见,图1B中省略盖15、透镜16和罩17),阻挡层14安置在光检测器11与电子组件12的位置15wp 之间,盖15的壁结构15w安置在电子组件12上方。在一些实施例中,阻挡层14可安 置在光发射器13与位置15wp之间。在一些实施例中,阻挡层14可安置在位置15wp 的两侧。举例来说,存在两个阻挡层,一个安置在光检测器11与位置15wp之间,且另 一个安置在光发射器13与位置15wp之间。
在一些实施例中,阻挡层14由不透明材料或光吸收材料形成,或包含不透明材料或光吸收材料。在一些实施例中,阻挡层14的高度等于或大于壁结构15w与电子组件 12的主动表面121之间的距离。在一些实施例中,阻挡层14的高度为约0.2毫米(mm), 且阻挡层14的宽度为约0.4mm。在一些实施例中,阻挡层14的高度和宽度可取决于不 同设计要求而改变。单独或一起的阻挡层14和盖15的壁结构15w可防止由光发射器 13发射的光直接透射到光检测器11。举例来说,通过壁结构15w与电子组件12的主动 表面121之间的间隙的光L14可由阻挡层14阻挡。相比于不具有阻挡层14的光学设备 (仅具有壁结构),图1A中包含壁结构15w和阻挡层14两者的光学设备1具有更好的屏 蔽能力,这可增大光学设备1的信噪比(SNR)。举例来说,不具有阻挡层14的光学设备 的SNR为14,而图1A中的光学设备1的SNR为316。
在一些实施例中,阻挡层14安置在壁结构15w与电子组件12的主动表面121之间,且与壁结构15w和电子组件12的主动表面121直接接触。然而,在用于制造光学设备 的工艺(例如,回焊工艺)期间,随着温度升高,阻挡层14将膨胀。阻挡层14的膨胀将 压缩电子组件12,从而使电子组件12处于应力下,这可能导致电子组件12损坏。另外, 由于两个空间/空腔(一个用于容纳光发射器13,且另一个用于容纳光检测器11)通过壁 结构15w和阻挡层14完全分离或隔离,所以空腔需要两个排气孔以避免爆米花问题, 这会增加制造成本和时间。
根据如图1A中所展示的实施例,由于盖15(或盖15的壁结构15w)不与阻挡层14 或电子组件12接触,所以阻挡层14和壁结构15w在用于制造光学设备1的高温工艺(例 如,回焊或固化工艺)期间不会压缩电子组件12(例如,无应力),这可防止电子组件12 开裂或受损。另外,由于两个空腔(一个用于容纳光发射器13,且另一个用于容纳光检 测器11)彼此连接(例如,不完全密封),所以仅需要一个孔10h以避免爆米花问题,这可 减少制造成本和时间。
罩17安置在盖15上。罩17界定孔口17h1和17h2。盖15界定孔口15h1和15h2。 孔口17h1和15h1在光检测器11上方。孔口17h2和15h2在光发射器13上方。透镜16a 安置在孔口17h1和15h1内。透镜16b安置在孔口17h2和15h2内。透镜16a和16b经 布置以允许由光发射器13发射的光(例如,L11)和由物体TB反射的光(例如,L12)通过。 在一些实施例中,透镜16a和16b是平凸透镜,这可增大光的密度且改进光学设备1的 性能。
图2说明根据本公开的一些实施例的光学设备2的横截面图。图2中的光学设备2类似于图1A中的光学设备1,且下文描述其间的差异。
如图2中所展示,光检测器集成到电子组件22中。举例来说,电子组件22包含背 对衬底10(或面朝透镜16b)以接收光的感测区域22s(或光检测区域)。在一些实施例中, 电子组件22可包含控制器、处理器、存储器、ASIC等等。光发射器13安置在衬底10 上,且与电子组件22隔开。
壁结构15w和阻挡层14安置在光发射器13与电子组件22的感测区域22s之间。 阻挡层14安置在光发射器13与壁结构15w之间。在一些实施例中,阻挡层14可安置 在壁结构15w与电子组件22的感测区域22s之间。在一些实施例中,阻挡层14可安置 在壁结构15w的两侧。举例来说,存在两个阻挡层,一个安置在光发射器13与壁结构 15w之间,且另一个安置在壁结构15w与电子组件22的感测区域22s之间。
图3说明根据本公开的一些实施例的光学设备3的横截面图。图3中的光学设备3类似于图1A中的光学设备1,不同之处在于在光学设备3中,透镜由平坦透射膜36a 和36b代替。
平坦透射膜36a和36b分别安置在由罩17界定的孔口17h1和17h2内。平坦透射 膜36a和36b用以分裂且均匀地分布朝向光检测器11辐射的光,这将增强光检测器11 所接收到的光的均一性。在一些实施例中,平坦透射膜36a和36b通过在孔口17h1和 17h2内分配透射凝胶或由转移模制形成。在一些实施例中,平坦透射膜36a和36b可包 含毛玻璃、特氟龙、全息、乳白玻璃和灰色玻璃(greyed glass)。在一些实施例中,平坦 透射膜36a和36b可由GaN或熔融硅石形成。
图4说明根据本公开的一些实施例的光学设备4的横截面图。图4中的光学设备4类似于图1A中的光学设备1,不同之处在于光学设备4中的罩47是透明的以允许光通 过。在一些实施例中,罩47可包含类似于如图3中所展示的平坦透射膜36a和36b的 材料。
图5A说明根据本公开的一些实施例的光学设备5的横截面图。图5A中的光学设 备5类似于图1A中的光学设备1,且下文描述其间的差异。
光学设备5包含安置在盖15的壁结构15w与电子组件12之间的阻挡层54(或障壁)。阻挡层54具有凹槽54h(开口或孔口)。壁结构15w在阻挡层54的凹槽54h内延伸而不 接触阻挡层54。举例来说,壁结构15w与凹槽54h的侧面和底表面间隔开。如图5A中 所展示,阻挡层54可以围绕壁结构15w的所有侧面。在其它实施例中,如图5B和图5C中所展示,阻挡层54'、54”可以仅围绕壁结构15w的侧面的仅一部分。举例来说, 图5B中的阻挡层54'仅位于壁结构15w的左侧。举例来说,图5C中的阻挡层54”仅位 于壁结构15w的右侧。
光学设备5可包含安置在衬底10上且覆盖光检测器11、电子组件12、光发射器13和阻挡层54的透光材料55(例如,透明模制原料)。透光材料55覆盖阻挡层54的凹槽 54h的侧面和底表面。透光材料55包围壁结构15w。透光材料55与盖15(包含壁结构 15w)间隔开。举例来说,在透光材料55与壁结构15w之间存在间隙。在一些实施例中, 透光材料55包含在盖15的孔口15h1和15h2内延伸的突起部分55p。在一些实施例中, 突起部分55p可以界定平凸透镜,这可增大光的密度且改进光学设备5的性能。在一些 实施例中,突起部分55p中的一个定位在光检测器11上方(例如,在光检测器11的光感 测区域上方),并且另一个突起部分定位在光发射器13上方(例如,在光发射器13的光 发射区域上方)。
由于阻挡层54安置在盖15的壁结构15w之下,所以电子组件12上不需要用于放 置阻挡层54的另外区域。因此,图5A中的阻挡层54可适用于具有相对较小区域或不 足的区域以将额外物体放置在其主动表面上的电子组件。
图6A、图6A'、图6B和图6C说明根据本公开的一些实施例的用于制造光学设备 的方法。在一些实施例中,图6A、图6A'、图6B和图6C中所说明的方法可用以制造 如图5A中所展示的光学设备5。替代地,图6A、图6A'、图6B和图6C中所说明的方 法可用以制造其它光学设备。
参考图5A,提供衬底10。光检测器11和电子组件12安置在衬底10上且通过例如 导线结合技术或任何其它合适的技术连接到衬底10。光发射器13安置在电子组件12的 主动表面121上。阻挡层54安置在电子组件12的主动表面上。阻挡层54安置在光检 测器11与光发射器13之间。包含突起部分55p的透光材料55接着形成在衬底10上以 覆盖光检测器11、电子组件12、光发射器13和阻挡层54。在一些实施例中,突起部分 55p中的一个定位在光检测器11上方(例如,在光检测器11的光感测区域上方),并且另 一个突起部分定位在光发射器13上方(例如,在光发射器13的光发射区域上方)。在一 些实施例中,透光材料55可通过模制技术(例如,转移模制、压缩模制等等)或任何其它 合适的技术形成。
在其它实施例中,如说明图6A中的结构的一部分的透视图的图6A'中所展示,阻挡层54还可形成在电子组件12的侧面上。举例来说,阻挡层54覆盖电子组件12的主动 表面和两个侧面。举例来说,阻挡层54跨越电子组件12安置。
参考图6B,移除透光材料55和阻挡层54的一部分以形成凹槽54h。在一些实施例中,可通过例如铣切(routing)、钻孔、激光切割或任何其它合适的工艺来移除透光材料 55和阻挡层54。
参考图6C,盖15安置在衬底10上,而壁结构15w安置在凹槽54h内以形成如图 5A中所说明的光学设备5。盖15具有孔口15h1和15h2以暴露透光材料55的突起部分 55p。
如本文中所使用,术语“大体上”、“实质”、“近似”和“约”用于指示和解释小的 变化。举例来说,当结合数值使用时,术语可指代小于或等于所述数值的±10%的变化范 围,例如小于或等于±5%、小于或等于±4%、小于或等于±3%、小于或等于±2%、小于 或等于±1%、小于或等于±0.5%、小于或等于±0.1%、或小于或等于±0.05%。作为另一实例,膜或层的厚度“大体上均匀”可指膜或层的平均厚度的小于或等于±10%的标准偏差,例如小于或等于±5%、小于或等于±4%、小于或等于±3%、小于或等于±2%、小于或等于±1%、小于或等于±0.5%、小于或等于±0.1%,或小于或等于±0.05%。术语“大体上共 面”可指沿同一平面定位的在50μm内的两个表面,例如沿着同一平面定位的在40μm 内、30μm内、20μm内、10μm内或1μm内。如果例如两个组件重叠或在重叠的200μm 内、150μm内、100μm内、50μm内、40μm内、30μm内、20μm内、10μm内或1μm 内,那么可认为这两个组件“大体上对准”。如果两个表面或组件之间的角为例如 90°±10°,例如,±5°、±4°、±3°、±2°、±1°、±0.5°、±0.1°或±0.05°,那么两个表面或组 件可被认为“大体上垂直”。当结合事件或情况使用时,术语“大体上”、“实质”、“近 似地”和“约”可指其中事件或情况精确出现的例子,以及其中事件或情况非常近似出 现的例子。
在一些实施例的描述中,提供于另一组件“上”的组件可涵盖前一组件直接在后一组件上(例如,与后一组件物理接触)的情况,以及一或多个中间组件位于前一组件与后 一组件之间的情况。
另外,有时在本文中按范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解,此类范围格式是为了便利和简洁而使用,且应灵活地理解,不仅包含明确地指定为范围极限的数值, 而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围,如同明确地指定每一数值和子范 围一般。
尽管已参考本公开的特定实施例描述并说明本公开,但这些描述和说明并不限制本 公开。所属领域的技术人员可清楚地理解,可进行各种改变,且可在实施例内替代等效元件而不脱离如由所附权利要求书定义的本公开的真实精神和范围。所述图解可能未必按比例绘制。可存在并未特定说明的本公开的其它实施例。应将所述说明书和图式视为 说明性的,而非限制性的。可做出修改,以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程 适应于本公开的目标、精神以及范围。所有此类修改意图在所附权利要求书的范围内。 虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法,但应理解,可在不脱 离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此,除非 本文中特别指示,否则操作的次序和分组并非本公开的限制。

Claims (20)

1.一种光学设备,其包括:
衬底;
电子组件,其安置在所述衬底上,所述电子组件具有背对所述衬底的主动表面;
盖,其安置在所述衬底上,所述盖具有朝向电子组件的所述主动表面延伸的壁结构且与所述电子组件的所述主动表面间隔开;以及
阻挡层,其安置在所述电子组件的所述主动表面上,且与所述盖的所述壁结构间隔开。
2.根据权利要求1所述的光学设备,其中所述阻挡层的高度等于或大于所述壁结构与所述电子组件的所述主动表面之间的距离。
3.根据权利要求1所述的光学设备,其进一步包括安置在所述衬底上的光发射器,其中
所述电子组件具有光检测区域;且
所述壁结构和所述阻挡层安置在所述光发射器与所述电子组件的所述光检测区域之间。
4.根据权利要求3所述的光学设备,其中所述阻挡层安置在所述电子组件的所述光检测区域与所述壁结构之间。
5.根据权利要求3所述的光学设备,其中所述阻挡层安置在所述光发射器与所述壁结构之间。
6.根据权利要求3所述的光学设备,其中
所述盖界定容纳所述光检测区域的第一空腔和容纳所述光发射器的第二空腔;且
所述第一空腔连接到所述第二空腔。
7.根据权利要求6所述的光学设备,其中所述电子组件具有在所述第一空腔内的第一部分和在所述第二空腔内的第二部分。
8.一种光学设备,其包括:
衬底;
电子组件,其安置在所述衬底上,所述电子组件具有背对所述衬底的主动表面;
阻挡层,其安置在所述电子组件的所述主动表面上;以及
盖,其安置在所述衬底上,所述盖具有朝向电子组件的所述主动表面延伸的壁结构且与所述电子组件的所述主动表面间隔开,
其中所述阻挡层与所述壁结构间隔开且邻近于所述盖的所述壁结构的至少一个侧面。
9.根据权利要求8所述的光学设备,其中所述阻挡层包围所述盖的所述壁结构的所有所述侧面。
10.根据权利要求8所述的光学设备,其中所述盖的所述壁结构的至少一个侧面背对所述阻挡层。
11.根据权利要求8所述的光学设备,其中所述阻挡层包含凹槽,且所述盖的所述壁结构在所述凹槽内延伸。
12.根据权利要求8所述的光学设备,其进一步包括:
光检测器,其安置在所述衬底上;以及
光发射器,其安置在所述电子组件的所述主动表面上,其中
所述壁结构和所述阻挡层安置在所述光发射器与所述光检测器之间。
13.根据权利要求12所述的光学设备,其进一步包括安置在所述衬底上且覆盖所述阻挡层、所述光检测器和所述光发射器的透光材料,其中所述透光材料与所述盖间隔开。
14.根据权利要求12所述的光学设备,其中所述透光材料包含在所述光发射器上方的第一突起部分和在所述光检测器上方的第二突起部分。
15.根据权利要求12所述的光学设备,其中所述盖具有在所述光发射器上方的第一孔口和在所述光检测器上方的第二孔口。
16.一种用于制造光学设备的方法,其包括:
(a)提供衬底;
(b)将电子组件安置在所述衬底上,所述电子组件具有背对所述衬底的主动表面;
(c)将阻挡层安置在所述电子组件的所述主动表面上;
(d)移除所述阻挡层的一部分以形成凹槽;以及
(e)放置安置在所述衬底上的盖,所述盖具有在所述凹槽内延伸且与所述凹槽的侧壁和底表面间隔开的壁结构。
17.根据权利要求16所述的方法,其在操作(b)之前进一步包括:
将光检测器安置在所述衬底上;以及
将光发射器安置在所述电子组件的所述主动表面上,
其中所述壁结构和所述阻挡层安置在所述光发射器与所述光检测器之间。
18.根据权利要求17所述的方法,其进一步包括在所述衬底上形成到所述阻挡层、所述光检测器和所述光发射器的透光材料。
19.根据权利要求18所述的方法,其中所述透光材料包含在所述光发射器上方的第一突起部分和在所述光检测器上方的第二突起部分。
20.根据权利要求18所述的方法,其中操作(d)进一步包括移除所述透光材料的一部分。
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