CN114846379A

CN114846379A - 光学组件

Info

Publication number: CN114846379A
Application number: CN202080088941.9A
Authority: CN
Inventors: E.A.F.佩拉
Original assignee: Ams Sensors Singapore Pte Ltd
Current assignee: Ams Sensors Singapore Pte Ltd
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-08-02
Also published as: WO2021126088A1; EP4078259B1; US20230058904A1; EP4078259A1

Abstract

一种光学配件，包括叉指型电容器、与叉指型电容器电连接的一个或多个电触点以及覆盖叉指型电容器的至少一部分的绝缘层。一个或多个电触点和绝缘层的一部分被配置为接收导电粘合剂。该光学配件还包括位于叉指型电容器和绝缘层的被配置为接收导电粘合剂的该部分之间的金属层。

Description

光学组件

技术领域

本公开涉及紧凑型光电模块。

背景技术

各种消费电子产品和其他设备包括被设计用于精确光投射或检测应用的封装的光发射器或检测器模块。这种模块的空间尺寸通常非常小，从而使得它们能够结合到便携式设备中。适用于微型照明器的一种技术是高功率垂直腔表面发射激光器(VCSEL)设备和阵列设备。

在一些情况下，裸VCSEL的光学输出功率通常可能太高，以至于在光学组件的质量受损的情况下可能对人的眼睛或皮肤造成损伤。因此，重要的是确保高功率激光照明器在操作时满足激光安全性规定。例如，照明器可以是配件的一部分，该配件在正常操作条件下通过防止人太靠近照明器来保持眼睛安全操作。然而，在一些情况下，为了安全操作而修改输出光束的光学结构的损坏(例如，裂纹)，或者光学结构上的湿气或化学污染的存在，可能导致安全性隐患。同样，如果光学结构脱落或被移除，则安全性可能受到损害。

因此，本公开的目的是提供一种光电模块，其解决上述问题中的一个或多个或至少提供有用的替代方案。

发明内容

通过使得能够检测光学结构上的损坏或湿气或化学污染的存在来寻求克服上述问题。该布置在不损害模块的光学性能的情况下这样做，并且使得能够直接制造。

根据实施例，提供了一种光学配件，该光学配件包括叉指型电容器、与叉指型电容器电连接的一个或多个电触点、以及覆盖叉指型电容器的至少一部分的绝缘层。一个或多个电触点和绝缘层的一部分被配置为接收导电粘合剂。光学配件还包括位于叉指型电容器和绝缘层的被配置为接收导电粘合剂的该部分之间的金属层。

在一个实施例中，光学配件还包括被配置为检测叉指型电容器的电容变化的电路。

在一个实施例中，叉指型电容器包括氧化铟钛。

在一个实施例中，金属层是透明的。

在一个实施例中，金属层包括氧化铟钛。

在一个实施例中，金属层嵌入绝缘层中。

在一个实施例中，金属层是电浮动的，即没有特定电位通过电路施加到金属层，而是允许金属层的电位在金属层所暴露于的电场的影响下波动或“浮动”。

在一个实施例中，金属层与光学配件的一个或多个边缘相邻。

在一个实施例中，导电粘合剂包括导电粘合剂层，该导电粘合剂层在平行于光学配件的第一表面的平面中具有范围从100μm至600μm的第一尺寸。

根据另一实施例，提供了一种包括光学配件的光学模块，该光学配件包括叉指型电容器、与叉指型电容器电连接的一个或多个电触点、覆盖叉指型电容器的至少一部分的绝缘层、可操作以检测叉指型电容器的电容变化的电路、以及设置在一个或多个电触点的至少一部分和绝缘层的一部分上并且被配置为保持电路与一个或多个电触点电连接的导电粘合剂。该光学配件还包括金属层，金属层位于叉指型电容器和绝缘层的其上设置有导电粘合剂的该部分之间。

在一个实施例中，光学模块还包括被配置为检测叉指型电容器的电容变化的电路。

最后，本文公开的本光学配件利用一种新颖的方法，其中提供金属屏蔽层以屏蔽用于检测光学配件中的变化的导电迹线，使其免受导电粘合剂对其电容的影响。

附图说明

现在将仅通过示例并参照附图来描述本公开的一些实施例，附图中：

图1示出了包括发光元件和眼睛安全性能力的光电模块；

图2示出了在施加导电粘合剂之前的组件；

图3示出了在施加导电粘合剂之后的图2中所示的组件；

图4示出了包括屏蔽层的布置；

图5A示出了在施加用于接触叉指型电容器的一个电极的端子的导电粘合剂之前的实施例；

图5B示出了在施加接触叉指型电容器的一个电极的端子的导电粘合剂之后的实施例；

图5C示出了在施加用于接触叉指型电容器的第二电极的端子的导电粘合剂之前的实施例；

图5D示出了在施加接触叉指型电容器的第二电极的端子的导电粘合剂之后的实施例；

图6示出了在不存在屏蔽层的情况下产生的电场；

图7A示出了在不存在屏蔽层但存在导电粘合剂的情况下产生的电场；

图7B示出了图7A的叉指型电容器的电容随着所施加的粘合剂的宽度的变化而变化；

图8A示出了在存在屏蔽层和导电粘合剂的情况下产生的电场；

图8B示出了图8A的叉指型电容器的电容随着所施加的粘合剂的宽度的变化而变化；

图9A是存在导电粘合剂但不存在屏蔽层的电位的分解示意图；

图9B示出了在存在屏蔽层的情况下600μm宽的粘合剂迹线的电位；

图9C示出了在存在屏蔽层的情况下200μm宽的粘合剂迹线的电位；

图9D示出了对于100um的胶宽度，在屏蔽层正上方的粘合剂迹线的电位；以及

图9E示出了对于300um的胶宽度，在屏蔽层正上方的粘合剂迹线的电位。

具体实施方式

一般而言，本公开提供了一种光电模块解决方案，其提供了对光学组件的损坏的高灵敏度，而不损害光学性能。

在附图中给出了解决方案的一些示例。

图1中示出了根据实施例的包括发光元件和眼睛安全性能力的光电模块101。模块的外部尺寸可以在2000μm×1700μm×700μm和5000μm×4000μm×3000μm的范围内。在该实施例中，光电模块包括玻璃103，其带有设置在光源107上方的光学组件105。光学组件105被定位成与由光源107产生的(多个)光束的路径相交。在下面的讨论中，假设光源107是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。然而，根据实施例，可以在光电模块101中采用其他类型的光学发射器或甚至检测器。示例包括VCSEL阵列、一个或多个发光二极管(LED)、红外(IR)LED、有机LED(OLED)、红外(IR)激光器或边缘发射激光二极管。在实施例中，光源107可操作以发射特定波长或相对窄的波长范围(例如，红外)内的光。在某些实施例中，光源107可操作以产生相干光。

VCSEL 107电连接到引线框109，经由引线框109向VCSEL 107供电。在实施例中，到VCSEL 107的功率可以由电流驱动器控制器或其他电子控制单元(ECU)(未示出)控制。控制器可以驻留在例如其中集成有模块101的主机设备(例如，智能电话)中。

在下面的讨论中，假设光学组件105是微透镜阵列(MLA)。然而，可以采用其他光学配件来代替根据实施例的MLA，其他光学配件诸如光学漫射器、透镜、折射或衍射光学元件、漫射器、光谱滤光器、偏振滤光器和/或可操作以修改入射在光学配件上的光源的输出光束的光学特性的一些其他光学结构。

根据实施例，玻璃103通过间隔物111保持在VCSEL 107上方的适当位置。间隔物具有其中安装VCSEL 107的腔113。间隔物111可以由例如电绝缘材料构成，诸如模制环氧树脂(例如，基于液晶聚合物的材料)。在图1的实施例中，MLA玻璃103驻留在间隔物111的插口115中。然而，在其他实施例中，可以没有插口，并且玻璃103可以搁置在间隔物的最上表面上。

在该实施例中，MLA 105位于玻璃103的内表面117上，面向VCSEL 107。在其他实施例中，MLA 105可以定位在玻璃103的外表面上。

导电迹线119设置在玻璃103的表面上，包括在玻璃的包括MLA 105的部分上方。这在图2中更清楚地示出，图2示出了玻璃103的详细透视图。在该实施例中，MLA 105朝向玻璃103的中心定位。电迹线119设置在玻璃103的表面117上。在该实施例中，导电迹线119是叉指型电容器。在一些情况下，迹线119由对由VCSEL 107产生的光(例如，红外)的波长基本上透明的材料(例如，氧化铟锡(ITO))构成。因此，这样的导电结构可以至少部分地与由VCSEL107发射的光束的覆盖区重叠。在其他情况下，导电结构可以由对由光发射器107产生的光的波长基本上不透明的材料(例如，铬)构成。在这种情况下，导电迹线119优选地不与由VCSEL 107发射的光束的覆盖区重叠。

迹线117电连接到玻璃103的表面117上的电触点201。电触点可以包括由金或银或另一种合适的导电材料构成的导电垫。在一些情况下，迹线117覆盖有绝缘层301。在实施例中，绝缘层可以包括SiO₂或另一种合适的绝缘材料。如果采用绝缘层，则为电触点201提供绝缘材料中的开口。

模块101包括导电引线121，导电引线121从间隔物111的插口115延伸并向下延伸到引线框109。在其他实施例中，引线可以集成到间隔物111的壁中，或者以其他方式布置成提供从其上安装有玻璃103的间隔物的部分到引线框109的电连接。在实施例中，迹线119经由具有导电粘合剂123的触点201电连接到引线121。在实施例中，导电粘合剂123是银环氧树脂。在其他实施例中，可以采用另一种合适的导电粘合剂。因此，迹线119经由触点201、导电粘合剂123和引线121连接到引线框109。

在实施例中，导电粘合剂沉积在玻璃103的绝缘层的顶部上，作为沿MLA玻璃的侧面向下延伸并与电触点201接口连接的条带。这在图2和图3中示出，并且在图5A至图5D中详细地示出。将导电胶提供为条带可以有利地实现将胶直接施加到MLA玻璃，从而便于制造。此外，当作为条带施加时，除了提供电连接之外，导电胶还可以提供到间隔物或模块封装的其他元件的机械粘合。可以提供经由导电粘合剂123的这种机械粘合来代替或补充封装内仅具有机械特性的另一种粘合剂的使用。在其他实施例中，导电粘合剂可以采用其他合适的形式，例如点或部分条带。根据实施例，可以根据间隔物的设计或引线121和/或电触点201的定位来选择导电粘合剂123的形式和位置。

在实施例中，玻璃3的一侧上的导电胶的条带连接到电容器端子401中的一个，并且经由引线121被分配1V电位。玻璃的相对侧上的导电胶的第二条带407连接到迹线119中的另一端子405，并且经由引线21连接到接地，如图4A至D所示。

在图1的实施例中，迹线119的功能是确保模块的眼睛安全性。如上所述，如果入射到人眼或皮肤，VCSEL的未修改的光学输出可能足以引起伤害。因此，重要的是，提醒用户注意可能损害光学模块的功能从而导致光学输出的变化的任何状况或损坏。在该实施例中，这通过监测迹线119的电容来实现。当玻璃破裂或MLA玻璃上存在湿气(这两者都可能损害封装的眼睛安全性)时，来自迹线的信号将改变。因此，来自迹线的信号的任何改变可以指示模块不再是眼睛安全的，并且应该停止使用。

在实施例中，导电迹线119形成耦合到电流驱动器控制器或控制到VCSEL 107的功率的其他电子控制单元(ECU)的电路的一部分，如上所述。在该实施例中，控制器可操作以监测迹线119的电特性(例如，电连续性或电容，视情况而定)，使得如果所监测的特性改变超过预定量，则控制器根据实施例调节VCSEL或其他光源的光学输出。在实施例中，控制器可操作以监测迹线的电特性，使得如果监测的特性变化超过相应的预定量，则控制器使由光源产生的光学输出停止。例如，驱动器可以关闭VCSEL 107，使得其不再发光。

为了能够检测迹线的电容变化并因此确保模块的眼睛安全性，很好地理解迹线的标称电容是重要的。然而，存在于MLA玻璃上的导电粘合剂的量将影响迹线119的电容。这在图5和图6中示出，如现在将详细解释的。

图5示出了由图2所示的玻璃103上的电容迹线119产生的2D电场的示例，其中不存在金属片或任何胶。示出了玻璃的对角线横截面，其中MLA在上表面上可见。该迹线在该图中不可见，然而，阴影指示从迹线119发出的电场。从图6可以看出，当迹线的两个端子在玻璃的对角线上交替时，电场在玻璃的表面上规则地振荡。在该示例中，迹线的标称ITO-C电容为1.5293pF。

图6A示出了当在玻璃的任一侧上添加胶层的导电条带时(例如如图4A-4D所示)电容的变化。图7A示出了宽度为600μm的导电粘合剂123的层。这是玻璃103的宽度的大约21％(在一个实施例中，玻璃是2800μm宽和2760μm长，其中MLA具有1600μmx600μm的总体尺寸)或MLA的尺寸的37.5％。从图6和图7A的比较，显然存在由导电粘合剂123的存在引起的2D电场的大的变化。

这种变化在图7B中量化，图7B示出了随着导电粘合剂层的宽度改变，迹线119的电容的百分比变化。表的第三列中所示的百分比变化是电容相对于上一行示出电容的变化。从该表中可以看出，电容随着导电粘合剂的宽度而变化很大。从100μm粘合剂到300μm粘合剂的变化导致迹线的电容增加超过五倍。

因此，在电容性ITO迹线附近分配导电粘合剂导致系统电容的显著增加。后者是由于ITO和胶电位之间的相互作用，这产生了额外的不想要的并联电容器。因为难以在如此小的尺度上控制导电粘合剂的施加宽度，因此难以准确地量化对胶层的电容的影响。因此，不同样本的总系统电容可能会有很大差异。因为上述眼睛安全性系统依赖于监测MLA玻璃上的迹线的电容的变化，所以很好地理解迹线的电容对于根据实施例的眼睛安全性特征的有效运行是重要的。

在实施例中，在MLA玻璃上在导电迹线119的至少一部分与导电粘合剂123之间提供金属屏蔽层125，以便减轻上述问题。这种布置在图4中示出，图4示出了根实施例的玻璃103的一部分的横截面。

在图4的布置中，金属屏蔽层125嵌入在迹线119的端子与导电粘合剂123的层之间的绝缘层301内。在实施例中，屏蔽金属包括ITO，因此是透明的。在这样的实施例中，金属可以至少部分地与VCSEL发射的光束的覆盖区重叠，而不影响模块101的光学性能。在其他实施例中，可以采用其他合适的透明或非透明金属。在非透明金属的情况下，金属层优选地不与VCSEL 107发射的光束的覆盖区重叠。在实施例中，屏蔽层设置在漫射器的整个长度上。在另一实施例中，屏蔽层设置在玻璃103的施加导电粘合剂的区域中。在上述实施例中，金属屏蔽层设置在MLA玻璃103的相对边缘处。

在一个实施例中，通过在玻璃上放置初始SiO₂层来产生图4所示的结构。然后ITO迹线沉积在该初始层上并被另一SiO₂保护层覆盖。可以以这种方式进一步添加几个另外的ITO屏蔽层和SiO₂保护层。

因为根据实施例，金属层嵌入SiO₂的绝缘层或其他绝缘材料的其他层中，所以金属片是浮动的，即它不电连接到模块中的任何其他组件。在其他实施例中，金属片可以接地。

提供除了金属迹线119之外还提供的金属屏蔽层，以便破坏从粘合剂发出的电场线，使得它们不与感测ITO迹线119相互作用。这种效果在图8A和8B中示出。在该示例中，在玻璃103的任一侧上存在3000μm长和700μm宽的金属层125。尽管金属层本身在图8A中不可见，但是其位置由附图标记125指示。图8A中示出了对于100μm的胶宽度由电容迹线产生的2D电场。从该图可以看出，迹线的电场在存在金属片的整个区域上方被屏蔽。因此，这将在很大程度上保持不受玻璃的该区域中胶的存在的影响。因此，电场将在很大程度上不随胶的宽度而变化。

图8B中的表格示出了随着胶的宽度变化的电容的百分比变化。虽然在金属层125存在的情况下标称电容高得多，但是作为胶宽度的函数的百分比变化比不存在金属层的布置小得多。例如，从100μm胶宽度的胶到300μm胶宽度的胶的电容的百分比变化导致仅2.8％的电容变化，而没有屏蔽金属层时为537％。因此，所施加的粘合剂的宽度对迹线的电容的影响可以通过金属屏蔽层的存在而在很大程度上减轻，从而能够更精确地控制迹线的电容。这使得能够对所施加的胶的宽度的变化具有更大的容限，从而便于制造。

在图9A-9E中进一步展示了金属层对电场的屏蔽效应。图9A是在不存在屏蔽层的情况下由ITO迹线和导电粘合剂产生的电位的分解示意图。尽管在该图中不可见，但是迹线的电位将在胶801和803的区域下方受到影响，并且因此取决于胶801和803的宽度。

与之相对比，图9B和9C示出了当存在金属板时具有600μm宽度和200μm宽度的胶的迹线的电位。图9D和9E示出了金属层正上方的迹线的电位。如在两个图中可以看到的，电场被金属板屏蔽。尽管在100μm和300μm胶宽度情况下的电场之间存在轻微的差异，但是由于金属屏蔽层的存在，电场基本上没有变化。

如上所示，根据实施例的双层ITO布置使得能够确保照明器或其他模块的眼睛安全性，而对模块的光学性能几乎没有影响。

本公开的实施例可以在许多不同的应用中采用，包括为面部识别传感器提供照明，例如在智能电话和其他技术或者在汽车工业中使用的飞行时间传感器中等。

附图标记列表

101：光电模块

103:MLA玻璃

105：光学组件

107：光源

109：引线框

111：间隔物

113：腔

115：插口

117：表面

119：迹线

121：引线

123：导电粘合剂

125：金属层

201：电触点

301：绝缘层

401：电容器端子

403：导电胶

405：端子

407：导电胶

801：胶区域

803：胶区域

805和807：金属层

本领域技术人员将理解，在前述说明书和所附权利要求中，诸如“上方”、“沿着”、“侧面”等的位置术语是参考诸如附图中所示的概念性图示而做出的。使用这些术语是为了便于参考，但不旨在具有限制性质。因此，这些术语应被理解为是指当处于如附图中所示的取向时的对象。

尽管已经根据如上所述的优选实施例描述了本公开，但是应当理解，这些实施例仅是说明性的，并且权利要求不限于那些实施例。鉴于本公开内容，本领域技术人员将能够进行修改和替代，这些修改和替代被认为落入所附权利要求的范围内。本说明书中公开或示出的每个特征可以结合在任何实施例中，无论是单独地还是以与本文公开或示出的任何其他特征的任何适当组合。

Claims

1.一种光学配件，所述光学配件包括：

叉指型电容器；

一个或多个电触点，其与所述叉指型电容器电连接；以及

绝缘层，其覆盖所述叉指型电容器的至少一部分，

其中所述一个或多个电触点和所述绝缘层的一部分被配置为接收导电粘合剂，并且

其中

所述光学配件还包括位于所述叉指型电容器和所述绝缘层的被配置为接收所述导电粘合剂的所述部分之间的金属层。

2.根据权利要求1所述的光学配件，还包括被配置为检测所述叉指型电容器的电容变化的电路。

3.根据权利要求1所述的光学配件，其中所述叉指型电容器包括氧化铟钛。

4.根据权利要求1所述的光学配件，其中所述金属层是透明的。

5.根据权利要求4所述的光学配件，其中所述金属层包括氧化铟钛。

6.根据权利要求1所述的光学配件，其中所述金属层嵌入在所述绝缘层中。

7.根据权利要求1所述的光学配件，其中所述金属层是浮动的。

8.根据权利要求1所述的光学配件，其中所述金属层与所述光学配件的一个或多个边缘相邻。

9.一种光学模块，包括：

光学配件，所述光学配件包括：

叉指型电容器，

一个或多个电触点，其与所述叉指型电容器电连接，以及

绝缘层，其覆盖所述叉指型电容器的至少一部分；

电路，其可操作以检测所述叉指型电容器的电容变化；以及

导电粘合剂，其设置在所述一个或多个电触点的至少一部分和所述绝缘层的一部分上并且被配置为保持所述电路与一个或多个电触点电连接，

其中所述光学配件还包括：

金属层，其位于所述叉指型电容器和所述绝缘层的其上设置有所述导电粘合剂的所述部分之间。

10.根据权利要求9所述的光学模块，还包括被配置为检测所述叉指型电容器的电容变化的电路。

11.根据权利要求9所述的光学模块，其中所述叉指型电容器包括氧化铟钛。

12.根据权利要求9所述的光学模块，其中所述金属层是透明的。

13.根据权利要求12所述的光学模块，其中所述金属层包括氧化铟钛。

14.根据权利要求9所述的光学模块，其中所述金属层嵌入在所述绝缘层中。

15.根据权利要求9所述的光学模块，其中所述金属层是浮动的。

16.根据权利要求9所述的光学配件，其中所述金属层与所述光学配件的一个或多个边缘相邻。