CN114023827A - 光学传感器封装结构及其制造方法 - Google Patents

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CN114023827A CN202010691533.4A CN202010691533A CN114023827A CN 114023827 A CN114023827 A CN 114023827A CN 202010691533 A CN202010691533 A CN 202010691533A CN 114023827 A CN114023827 A CN 114023827A
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Abstract

本发明提供一种光学传感器封装结构及其制造方法，光学传感器封装结构的制造方法包括设置一芯片于电路基板上，芯片包括光发射区与光接收区；设置至少一发光组件在芯片的光发射区上，且至少一发光组件电连接电路基板；涂布一遮光材料于光发射区与光接收区之间；填充一透光材料以覆盖电路基板、芯片、遮光材料与至少一发光组件；去除部分位于光发射区与光接收区之间的透光材料，以形成一第一凹槽并露出遮光材料；以及填充一防漏光材料在第一凹槽中，通过防漏光材料与遮光材料所堆栈形成的侧光间隔结构以避免横向干扰的发生。

Description

光学传感器封装结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光学传感器封装结构及其制造方法，尤其涉及一种可有效防止漏光问题的光学传感器封装结构及其制造方法。
背景技术
图1显示现有智能手表的示意图，如图1所示，在智能手表10的底部设置心率传感器11，当使用者戴上智能手表时，可以通过心率传感器测量用户的心跳等生理信息。除了在智能手表/手环外，智能手机或智能耳机也都开始设置心率传感器，只要将心率传感器接触使用者的身体任何部位，就可以测量用户心跳等生理信息。
然而，智能耳机的整体尺寸小于智能手表或智能手环，因此需要更小的心率传感器，才能安装在智能耳机中。其中，集成式的心率传感器具有体积小的优势，非常适合目前市场上快速增长的智能耳机。如何有效地减小心率传感器的整体尺寸，以快速批量生产过程，来产出比现有竞争产品更窄，更薄的心率传感器，为这个产业的趋势。
然而，在缩小光传感器的封装尺寸时，会导致漏光问题，进而影响光传感器的感测效果。一种常见的方法是在封装的外围与发射器和接收器之间粘附遮光的材料外壳。另一种方法是在封胶用于保护芯片和金线的透明材料的过程之后，使用锯切工艺在发光组件和光接收器之间产生可填充其他遮光材料的空间。
上述方法中最常见的问题是，在发光组件和光接收器之间的光材料层的底部与芯片表面之间的漏光，降低了信号强度以及噪声比(signal to noise ratio，SNR)。
当前，缩小传感器的尺寸一直是穿戴装置的趋势，因此，如何使用封装技术来制作更窄或更薄的传感器，并可以降低漏光问题，已成为光传感器产业所欲解决的重要课题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种是用于缩小尺寸的光学传感器封装结构的制造方法。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是提供一种光学传感器封装结构的制造方法，其包括：设置一芯片于电路基板上，芯片包括一光发射区与一光接收区；设置至少一发光组件在芯片的光发射区上，且至少一发光组件电连接电路基板；涂布一遮光材料于光发射区与光接收区之间；填充一透光材料以覆盖电路基板、芯片、遮光材料与至少一发光组件；去除部分位于光发射区与光接收区之间的透光材料，以形成一第一凹槽并露出遮光材料；以及填充一防漏光材料在第一凹槽中，通过防漏光材料与遮光材料所相连接形成的一侧光间隔结构以阻隔至少一发光组件的光束从侧向直接传递至光接收区。
本发明所采用的另一技术方案是提供一种光学传感器封装结构，其包括一电路基板、一芯片、至少一发光组件、一光接收器、一遮光材料、一透光材料以及一防漏光材料。芯片设置在电路基板上，且包括一光发射区与一光接收区，并电连接电路基板。至少一发光组件位于在所述芯片的所述光发射区上。遮光材料位于所述光发射区与所述光接收区之间，透光材料覆盖在电路基板、芯片、至少一发光组件以及遮光材料，并具有一第一凹槽露出部分遮光材料。防漏光材料位于透光材料所形成的第一凹槽，其中，遮光材料与防漏光材料堆栈相连接而形成一侧光间隔结构，通过侧光间隔结构以阻隔至少一发光组件的光束从侧向直接传递至光接收区。
本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的光传感器的制作方法，其能通过将遮光材料设置在透光材料的下方以避免漏光问题产生，并可以防止在切割工艺时，切割至芯片，除了可以缩小整体光传感器的体积并可以防止漏光问题。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1显示现有智能手表的示意图。
图2显示本发明光学传感器封装结构的制造方法的流程图。
图3A为本发明一实施例的芯片上涂布遮光材料的俯视图。
图3B为本发明芯片上涂布遮光材料的剖面图。
图3C为本发明芯片上设置透光材料的剖面图。
图3D为本发明去除部分透光材料以及部分电路基板的剖面图。
图3E与图3F为本发明涂布防漏光材料的剖面图与俯视图。
图4A为本发明另一实施例的芯片上涂布遮光材料的俯视图。
图4B为图4A的IVB-IVB线的剖面图。
图4C为本发明的芯片上设置透光材料的剖面图。
图4D为本发明去除部分透光材料以及部分电路基板的剖面图。
图4E与图4F为本发明涂布防漏光材料的剖面图与俯视图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“光学传感器封装结构及其制造方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
为了解释清楚，在一些情况下，本技术可被呈现为包括包含功能块的独立功能块，包含装置、装置组件、软件中实施的方法中的步骤或路由，或硬件及软件的组合。
实施根据这些公开方法的装置可以包括硬件、韧体及/或软件，且可以采取任何各种形体。这种形体的典型例子包括笔记本电脑、智能电话、小型个人计算机、个人数字助理等等。本文描述的功能也可以实施于外围设备或内置卡。通过进一步举例，这种功能也可以实施在不同芯片或在单个装置上执行的不同程序的电路板。
该指令、用于传送这样的指令的介质、用于执行其的计算资源或用于支持这样的计算资源的其他结构，为用于提供在这些公开中所述的功能的手段。
本发明工艺方法实施例
图2显示本发明第一实施例的光学传感器封装结构的制造方法的流程图，如图2所示，并参考图3A至图3F以及图4A至图4F所示，本发明的实施例提供一种光学传感器封装结构的制造方法，其包括下列步骤。
在步骤S201中，提供一电路基板31，并设置一芯片32在电路基板31上，在本发明的光学传感器封装结构的制造方法中，将一芯片32设至在电路基板31上，在芯片32上包括一光发射区321与一光接收区322。其中在芯片32的光接收区322上具有一光接收器33。然后，在步骤S202中，设置至少一发光组件34在芯片32的光发射区322上，发光组件34较佳为发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，发光组件34较佳是以芯片接合(die attach)的方式设置在电路基板31上，并分别将芯片32以及发光组件34电连接电路基板31，如图3A与图3B所示。进一步来说，可以通过打线接合的方式通过导线35将芯片32连接电路基板31，并通过导线35将发光组件34与芯片32连接。
在步骤S203中，以点胶方式涂布遮光材料36A在光发射区321与光接收区322之间。在本发明的较佳实施例中，遮光材料36A是以点胶方式涂布在芯片32的光发射区321与光接收区322之间，也就是在发光组件34与光接收器33之间以避免发光组件34的漏光问题，点胶的方式可以如图3A与图3B所示，或者点胶的方式也可以如图4A与图4B所示。
进一步来说，以图3A与图3B为例，为了防止发光组件34所发出的光直接传递至光接收器33，因此在发光组件34与光接收器33的相邻区域，以点胶方式，先涂布一遮光材料36A，或者，以图4A与图4B为例，在芯片32的光发射区321周围，也就是在发光组件34的周围，涂布一ㄇ型的遮光材料36B。遮光材料36A或36B的厚度大约与发光组件34等高，且其厚度较佳不低于0.5毫米(mm)，或者，遮光材料36A或36B的厚度略小于发光组件34的高度，在此并不局限。遮光材料36A或36B除了可作为遮光外，还可作为后续的切割或蚀刻的参考厚度，也就是做为切割终止层或蚀刻终止层。涂布遮光材料36A或36B可以防止发光组件34的光束从侧向直接传递至光接收器33，而遮光材料36B的局部环绕结构除了连接导线35的侧边没有涂布遮光材料36B外，其余三个侧边皆涂上遮光材料36B，所以更可防止发光组件34所发出的光从发光组件34的下方传递而导致漏光问题产生。另外，遮光材料36A或36B较佳为不透光或限定波长不通过的液晶聚合物、环氧树脂或硅树脂所构成，且颜色较佳为黑色，其材料特性的触变指数须至少大于或等于2.5以上较佳，以确保材料在点胶后能维持至少1:1.3以下的高宽比。
在步骤S204中，填充一透光材料37以覆盖电路基板31、芯片32、遮光材料36A或36B以及至少一发光组件34，且进一步覆盖在光接收器33与导线35上。透光材料37较佳为环氧树脂或硅胶，且通过模制成型的方式包覆发光组件34、光接收器33、芯片32、电路基板31以及导线35，达到保护发光组件34、光接收器33、芯片32、电路基板31以及导线35的目的，如图3C与图4C所示。
接着，在步骤S205中，去除部分位于光发射区321与光接收区322之间的透光材料37，以形成第一凹槽381并露出遮光材料36A或36B。透光材料37主要用途在于保护发光组件34、光接收器33、芯片32、电路基板31以及导线35，发光组件34所发射的光束会在透光材料37中传递，因此，为了避免发光组件34的所发射的光束直接横向传输至光接收器33，去除在光发射区321与光接收区322之间部分的透光材料37，以形成图3D或图4D中的第一凹槽381。
详细来说，在步骤S205中，可以仅去除位于光发射区321与光接收区322之间的透光材料37，以形成第一凹槽381，或者，在不同实施例中，在步骤S205中，也可以除了去除光发射区321与光接收区322之间的透光材料37而形成第一凹槽381以外，可进一步地，去除在芯片32周围的透光材料37以形成第二凹槽382，如图3D或图4D所示，便于在后续的工艺步骤中，在第一凹槽381与第二凹槽382中填充防漏光材料39；或者，如图4D所示，还可以在光发射区的上下两侧形成一第三凹槽383，第三凹槽383可与第一凹槽381同时形成，第三凹槽383与第二凹槽382连通，且第三凹槽383的深度小于第二凹槽382的深度。另外，在此需要说明的是，于本发明的实施例中，可以仅形成第一凹槽381，或者先形成第一凹槽381，然后再形成第二凹槽382，顺序不局限，且第一凹槽381与第二凹槽382的外观可以是任何形状，例如U型凹槽等，在此亦并不局限。
进一步来说，如图3D与图4D所示，在步骤S205中，去除在光发射区321与光接收区322之间的透光材料37以及周围的透光材料37，在透光材料37内定义出光发射区321与光接收区322之间的第一凹槽381与环绕芯片32外围的第二凹槽382，甚至位于光发射区321上下两侧的第三凹槽383，以便于在后续的工艺将第一防漏光材料391与第二防漏光材料392分别对应填充于其中。另外，在去除部分透光材料37的步骤中，在形成第一凹槽381以及第三凹槽383时，可以参考遮光材料36A或36B的厚度，遮光材料36A或36B做为切割终止层或蚀刻终止层，当向下往芯片32的方向切割或蚀刻透光材料37时，是利用一切割工具沿一纵轴方向向下切割以形成第一凹槽381或第三凹槽383，亦即向芯片32方向切割或蚀刻后，直到遮光材料36A或36B露出于第一凹槽381或第三凹槽383内，较佳的切割终止点为芯片32上方至少0.04毫米(mm)，表示已经切割或蚀刻的深度够深了，若再切割或蚀刻下去，可能会损坏芯片32，而此时遮光材料36A或36B的宽度在切割后大约在0.2毫米(mm)，切割后的遮光材料36A或36B宽度大小与工艺或不透光材料的选择有关，切割位置不一定要完全切割遮光材料36A或36B的上方，切割位置部分位于遮光材料36A或36B上方即可。如上所述，本发明的遮光材料36A或36B，除了可以阻止漏光外，还可以做为后续的切割或蚀刻的参考位置。
详细来说，请参考图4A与图4D，去除环绕芯片32周围的透光材料37步骤中，亦可多至少一道沿一横轴方向向下切割以形成半蚀的第三凹槽383于芯片上方至少0.04毫米(mm)，也就是说于，部分环绕芯片32外围的第二凹槽382会与周围的第三凹槽383相叠加，形成有阶梯状的凹槽结构。更进一步的说，以图4D为例，亦可以发光组件34上下两侧的横向延伸遮光材料36B作为蚀刻或切割的终止层，部分遮光材料36B外露于上述的阶梯状的凹槽结构。
在步骤S206中，填充防漏光材料39在第一凹槽381中。进一步来说，最后，如图3E与图3F或图4E与图4F所示，在步骤S206中，将第一防漏光材料391填充在去除透光材料37所形成的第一凹槽381中，或甚至可以将第一防漏光材料391与第二防漏光材料392分别填充在去除透光材料37所形成的第一凹槽381与第二凹槽382和第三凹槽383中，以完成本发明的光传感器的工艺。通过以两种不同的材料堆栈达到所要挡光效果，亦即在光发射区321与光接收区322之间的遮光材料36A或36B与第一防漏光材料391会堆栈而形成一挡墙，有效防止横向光直接穿透的问题。第二防漏光材料392填充在图3D的第二凹槽382或图4D的第二凹槽382与第三凹槽383中，以形成在电路基板31的四个侧边，包围芯片32周围的防漏光结构，达到阻隔周遭环境光照射的功效。在第二实施例中，如图4E所示，在发光组件34外围的部分第二防漏光材料392也会堆栈在遮光材料36B上，进一步避免光从发光组件34的下方传递的问题。
另外，通过本发明的光学传感器封装结构的制造方法，可以有效地将光学传感器的表面积缩小大约2.3％～9.3％，且其体积大约4.2mm x 2.6mm x1mm。遮光材料36为不透光材料或可阻挡特定波长信号的液晶聚合物、环氧树脂或硅树脂所构成，遮光材料36A或36B与的材料特性的触变指数至少大于或等于2.5以上，防漏光材料39为不透光或限定波长不通过的阻光材料所构成，其材料特性黏度<1k厘泊(cps，当温度在25℃时)较佳。
本发明封装结构实施例
请参阅图3E与图3F或图4E与图4F，在本发明的较佳实施例中，本发明的光学传感器封装结构包括一电路基板31、一芯片32、一光接收器33、一发光组件34、多条导线35、一遮光材料36A或36B、一透光材料37与防漏光材料39。
芯片32设置在电路基板31上，而芯片32包括一光发射区321与一光接收区322，在芯片32的光接收区322上具有光接收器33，而发光组件34设置在芯片32的光发射区321，芯片32与发光组件34通过多条导线35电连接电路基板31。遮光材料36A或36B设置在光发射区321与光接收区322之间，遮光材料36A是以点胶方式涂在光发射区321与光接收区322的相邻区域，会在发光组件34与光接收器32之间形成一下挡墙，如图3C所示，或者，在不同实施例中，遮光材料36B也可以涂在发光组件34的周围以形成一ㄇ型结构或坝状结构的下挡墙，如图4A与图4B所示的标号36B，以阻隔发光组件34的光束从侧向直接传递至光接收器33。遮光材料36A或36B的厚度不大于发光组件34高度，厚度较佳不低于0.5毫米(mm)，但在此并不局限。遮光材料36A或36B除了可作为遮光外，还可作为后续的切割或蚀刻的参考厚度，也就是作为切割终止层或蚀刻终止层。
透光材料37主要设置在电路基板31、芯片32、光接收器33、发光组件34、导线35以及遮光材料36A或36B上，以覆盖电路基板31、芯片32、光接收器33、发光组件34、导线35以及遮光材料36A或36B，达到保护电路基板31、芯片32、光接收器33、发光组件34以及导线35的功效。防漏光材料39设置在芯片32的光发射区321的周围以及光接收区322的周围，由透光材料37所形成的凹槽38中，进一步来说，在形成透光材料37后，切割或蚀刻透光材料37，在发光组件34与光接收器33之间形成第一凹槽381，并进一步在芯片32的周围形成图3D的第二凹槽382或图4D的第二凹槽382与第三凹槽383，让第一防漏光材料391与第二防漏光材料392可以分别填充在图3D的透光材料37所形成的第一凹槽381与第二凹槽382中或图4D的透光材料37所形成的第一凹槽381与第二凹槽382和第三凹槽383中。另外，在填充完防漏光材料39后，第一防漏光材料391堆栈在遮光材料36A或36B所形成的下挡墙上，再形成一堆栈其上的上挡墙。详细来说，由遮光材料36A或36B与第一防漏光材料391相连而形成上下相连接的阶梯状挡墙结构，而堆栈构成一侧光间隔结构，进而达到良好的遮光效果。在不同实施例中，所移除透光材料37的区域亦可包含形成在芯片32的周围且部份位于晶片32上，也就是图4D所示第三凹槽383的区域，进一步来说，上述第三凹槽383的位置与在光发射区321上下两侧延伸的ㄇ型结构或坝状结构的遮光材料36B所定义的位置要有部分的重叠，或者说遮光材料36B部分外露于光发射区321上下两侧的第三凹槽383。因此，当第二防漏光材料392形成在芯片32外围时，除了一部分的第二防漏光材料392会填充于第三凹槽383，亦即堆栈在发光组件34外围的部分遮光材料36B上，另一部分的第二防漏光材料392会填充于第二凹槽382上，亦即堆栈在电路基板31上，最终形成阶梯状防漏光的环绕结构，如图4E与图4F所示。
形成凹槽38的方式可以是先形成透光材料37，然后再以蚀刻或切割工艺形成凹槽，或者在不同实施例中，可应用模具放置在光学传感器封装结构上，然后填充透光材料37，并固化透光材料37，当透光材料37塑形后，即可同时形成凹槽38。
本发明的有益效果在于，在本发明所提供的光传感器的制作方法中，其能通过将遮光材料设置在透光材料的下方以避免漏光问题产生，并可以防止在切割工艺时，切割至芯片，除了可以缩小整体光传感器的体积并可以防止漏光问题。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包括于本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学传感器封装结构的制造方法，其特征在于，包括：
设置一芯片于一电路基板上，所述芯片包括一光发射区与一光接收区；
设置至少一发光组件在所述芯片的所述光发射区上，且至少一所述发光组件电连接所述电路基板；
涂布一遮光材料于所述光发射区与所述光接收区之间；
填充一透光材料以覆盖所述电路基板、所述芯片、所述遮光材料与至少一所述发光组件；
去除部分位于所述光发射区与所述光接收区之间的所述透光材料，以形成一第一凹槽并露出所述遮光材料；以及
填充一防漏光材料在所述第一凹槽中，通过所述防漏光材料与所述遮光材料形成的一侧光间隔结构以阻隔至少一所述发光组件的光束从侧向直接传递至所述光接收区。
2.根据权利要求1所述的光学传感器封装结构的制造方法，其特征在于，涂布所述遮光材料的步骤中，是以点胶方式涂布所述遮光材料在所述光发射区与所述光接收区之间以形成一挡墙。
3.根据权利要求2所述的光学传感器封装结构的制造方法，其特征在于，涂布所述遮光材料至所述光发射区两侧，形成一ㄇ型结构或一坝状结构。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学传感器封装结构的制造方法，其特征在于，在去除所述透光材料的步骤中，进一步去除在所述芯片周围的部分所述透光材料以形成一第二凹槽，且在填充所述防漏光材料的步骤中，进一步的填充所述防漏光材料于所述第二凹槽，以阻隔环境光传递至所述光发射区与所述光接收区。
5.根据权利要求4所述的光学传感器封装结构的制造方法，其特征在于，在去除所述透光材料的步骤中，进一步在形成所述第一凹槽时，同时在所述晶片的上下两侧形成一第三凹槽，且所述第三凹槽与所述第二凹槽连通。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的光学传感器封装结构的制造方法，其特征在于，所述遮光材料的材料特性的触变指数至少大于或等于2.5以上，且所述防漏光材料的材料特性黏度<1k厘泊。
7.一种光学传感器封装结构，其特征在于，包括：
一电路基板；
一芯片，位于在所述电路基板上，且包括一光发射区与一光接收区，并电连接所述电路基板；
至少一发光组件，位于在所述芯片的所述光发射区上；
一遮光材料，位于所述光发射区与所述光接收区之间；
一透光材料，覆盖在所述电路基板、所述芯片、至少一所述发光组件以及所述遮光材料，并具有一第一凹槽露出部分所述遮光材料；以及
一防漏光材料，位于所述透光材料所形成的所述第一凹槽；
其中，所述遮光材料与所述防漏光材料堆栈而形成一侧光间隔结构，通过所述侧光间隔结构以阻隔至少一所述发光组件的光束从侧向直接传递至所述光接收区。
8.根据权利要求7所述的光学传感器封装结构，其特征在于，所述遮光材料进一步延伸至所述光发射区两侧，形成一ㄇ型结构或一坝状结构。
9.根据权利要求7或8任一项所述的光学传感器封装结构，其特征在于，所述透光材料进一步包括在所述芯片周围的一第二凹槽，所述防漏光材料亦位于所述第二凹槽，以阻隔环境光传递至所述光发射区与所述光接收区。
10.根据权利要求7或8任一项所述的光学传感器封装结构，其特征在于，所述遮光材料的材料特性的触变指数至少大于或等于2.5以上，且所述防漏光材料的材料特性黏度<1k厘泊。
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