CN216749897U - 光学感测模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光学感测模块，其包含一基板、一发光芯片、一感测芯片、至少一封装胶体以及一壳体，基板具有一安装面，壳体系设置于安装面上，发光芯片与感测芯片系相互分离地设置于壳体内，至少一封装胶体系分别包覆发光芯片以及感测芯片，且该壳体具有一发射孔及一接收孔，该发射孔以及接收孔分别位于发光芯片以及感测芯片上方。

Description

光学感测模块

技术领域

本实用新型有关于一种感测模块，特别关于一种光学感测模块。

背景技术

环境光传感器是一种可以感知周围光线情况的光学元件，根据环境光传感器检测到的光线对显示器或者摄像头进行调节，距离传感器是一种利用“飞行时间法”(time offlight)的原理来检测物体的距离，“飞行时间法”是通过发射特别短的光脉冲并测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间间隔来计算与物体之间的距离，然而，现有的距离传感器于封装完成后，由于光发射元件所发出的光线经由物体表面反射后，该光线的功率往往已大为降低，使得相邻的光接收芯片所接收的光信号产生不良，进而造成安装该传感器的智能型电子装置无法稳定且精确地判读信号。

故，现有的距离传感器内的光发射元件的发光路径上通常需设置有具有聚光效果的物质或设计有具有聚光效果的结构，以增强发光单元光发射的强度，例如中国台湾发明专利公告号第I627572号“行动装置及其近接感测模块”、中国台湾发明专利公告号第I619208号“具聚光结构之光学模块的封装方法”等，其可进一步将预定形状的透明封装材料形成在发光元件或光学感应器上以形成透镜，进而达到聚光或导引光线的效果，然而，一般大多使用模塑成型(molding)技术来将透明封装材料形成透镜的工艺，倘若透镜设计不良，无论是来自透镜本体光学设计、模具模穴尺寸的误差或模具对位的机械误差所累加而造成透镜尺寸、位置的误差都会影响光学模块的运作，再者，现有的光感测装置，大多是近距离感测，故其有改善的必要。

发明内容

有鉴于上述的问题，本实用新型提供一种通过一光学透镜结构的设计，从而提升发光效率的光学感测模块。

本实用新型提供一种光学感测模块，包括一基板、一发光芯片、一感测芯片、至少一封装胶体以及一壳体，基板具有一安装面，壳体装设于安装面上，发光芯片与感测芯片相互分离地设置于壳体内，封装胶体分别包覆发光芯片以及感测芯片，且该壳体具有一发射孔及一接收孔，该发射孔以及接收孔分别于发光芯片以及感测芯片上方。

可选的，该基板材质可为双马来酰亚胺三嗪基板、玻璃纤维基板、金属基板或陶瓷基板等。

可选的，该壳体为不透光材质，可由任何可阻隔光线之不透明材质制作，例如:树脂、金属、尼龙、塑胶、液晶聚合物、或其他不透明材料制作。

可选的，该发光芯片为可见光或不可见光。

可选的，至少一封装胶体还包括至少一透镜部与一底部，该透镜部近似凸透镜，以提供聚光效果。

附图说明

图1为本实用新型的第一实施例的光学感测模块的剖面示意图。

图2为本实用新型的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。

图3为本实用新型的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。

图4为本实用新型的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图。

图5A～5D为本实用新型的实施例的光学感测模块的制造流程图。

10 光学感测模块

101 基板

102 发光芯片

1011 安装面

1012 沟槽

103 感测芯片

104 封装胶体

1041 透镜部

1042 底部

105 壳体

106 遮光件

1051 发射孔

1052 接收孔

1053 微结构

1054 光蔽层

1055 顶面

L 距离范围

R 光讯号

M 待测物

具体实施方式

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

图1为本实用新型的第一实施例的光学感测模块的剖面示意图，请参阅图1，如图所示，光学感测模块10包含一基板101、一发光芯片102、一感测芯片103、至少一封装胶体104以及一壳体105，基板101具有一安装面1011，安装面1011上可包含布线、接合导线焊垫或导通孔(未绘制) 等，发光芯片102与感测芯片103相互分离地设置于基板101上，并分别与安装面1011电性连接，其中，该基板101材质可为双马来酰亚胺三嗪基板、玻璃纤维基板、金属基板或陶瓷基板等，发光芯片102则可发出一波长落在约700至1100奈米(nanometer,nm)的范围内的红外线不可见光或产生一波长落在约380至780nm的范围内的可见光(例如：波长落在 450-480nm的范围内的蓝光、波长落在500-560nm的范围内的绿光或波长落在600-700nm的范围内的红光)，但不受限于此，具体而言发光芯片102 可为发光二极管、雷射二极管或垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)等，但不以此为限，又，感测芯片103则可感测来自不同方向(方位)的光线(包括可见光及不可见光，例如红光(R)、绿光(G)、蓝光(B)、白光(W)与紫外光(UV)、红外光(IR))等功能，具体而言感测芯片102可为整合接近传感器(PS)或环境光传感器(ALS)功能的单晶片等，但不以此为限。

封装胶体104以模塑成型的方式(Molding)分别包覆发光芯片102以及感测芯片103，以防止各芯片免受水气侵蚀并相互区隔，但不以此为限，封装胶体104也可以转移成型(Transfer Molding)或射出成型(Injection Molding)等方式以一特定形状固化设置于安装面1011上，该封装胶体104 可由一具有透光功能的树脂材料制成，所述的可透光树脂例如可为聚邻苯二甲酰胺、聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯、环氧树脂、或硅胶等，其折射率约为1.3～1.8，于较佳实施例中，其折射率约为1.5～1.6，本实施例中，封装胶体104使用折射率约为1.54的树脂材料制成。

又，壳体105同样也可通过一模具(图未示)进行模塑成型或是预先成型后设置于基板101上，该壳体105则可由任何可阻隔光线的不透明材质制作，例如:塑胶材料、聚合物、树脂、金属、金属合金或其他不透明材料制作，其中，若以透明或半透明材质制造时，则可加上不透光染料，例如碳黑(Carbon Black)或填充料(filler)，如二氧化钛(TiO2)等具有此不透光特性的材料，藉此阻挡光线穿透，该壳体105还具有一发射孔1051及一接收孔1052，该发射孔1051以及接收孔1052分别设于发光芯片102以及感测芯片103上方。

图2为本实用新型的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图，请参阅图2，本实施例与第一实施例不同之处在于:位于发光芯片102上的封装胶体104可还包含至少一透镜部1041与一底部1042，且透镜部1041用以增加发光效率，故可为凸透镜，且该透镜部1041的出光面1043的表面曲率可为球面、非球面、弧形面、抛物面、双曲面或自由曲面等，在本实用新型的实施例中，以透镜部1041在俯视时所见的形状的最远两端点的距离(长径)D与透镜部1041的第一高度H1的比值(以下简称为径高比)以及透镜部1041的第一高度H1与底部1042的第二高度H2的比值，来做为封装胶体104在模塑过程中是否能够有效防止气泡产生的比较基准，具体而言，当透镜部1041的径高比太小时，表示透镜部1041的空间太窄，虽可有效产生聚光效果，但易在模塑过程中导致透镜部1041的顶部或出光面1043产生气泡；当透镜部1041的径高比太大时，虽可降低气泡的产生，但却无法有效汇聚发射角度，故在本新型实施态样中所述的径高比范围可约为0.5、0.8、0.9、1.3、1.5、2、2.5或落在0.5～2.5之间，较佳地，径高比可约为0.8～1.5或0.9～1.3之间，又，第一高度H1相对于第二高度H2 的比例值可介于0.5至3，较佳地，比例值可为1至2或0.7至1.5，透过上述的比例限定后发现可使封装胶体104在模塑成型的过程中，透镜部 1041或出光面1043不会有产生气泡的问题并同时达到聚光效果，此外，为增加收光效果，接收孔1052内壁可具有一倾斜角度θ，该倾斜角度可约为30～90度之间。

图3为本新型的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图，请参阅图 3，本实施例与第二实施例的不同之处在于:该壳体105可因应使用上述需求而于该接收孔1052的内侧壁形成一微结构1053且该接收孔1052的顶面1055与安装面1011的距离介于0.5mm～5mm，于较佳的实施例中，该接收孔1052的顶面与安装面1011的距离介于0.5mm～3.0mm，如图所示，为解决现有技术中太阳光对感测芯片103造成干扰，而导致感测芯片103 感测准确性降低的问题，该微结构1053具有阻光的效果，微结构1053可为不规则凹凸状或规则凹凸状(非平直表面)，具体地，该规则凹凸状可为锯齿型，其凸伸部之形状(即齿形)为矩形、弧形、三角形或其它几何形状等，且该些凸伸部可依需求互相间隔或连续邻接，应可理解地，该不规则凹凸状可为形状不一致(如混搭各种形状)、大小不一致、排列不一致或间距不同，较佳地，该微结构1053凹凸状的最高点与最低点的差距小于2mm，具体而言，可于接收孔1052内壁布设一光蔽层1054，该光蔽层1054可通过吸收或反射的方式来屏蔽杂光讯号，光蔽层1054可为金属材料、半导体材料或绝缘材料所形成，关于光蔽层1054的材料，为本领域技术人员所熟知且可商购，故于此不再详细赘述。

图4为本新型的另一实施例的光学感测模块的剖面示意图，请参阅图 4，本实施例与上述实施例不同之处在于:光学感测模块10还包括一遮光件106，该遮光件106是不透光材质制成，该遮光件106设置于基板101 的安装面1011上，且遮光件106其中一侧抵持于该接收孔1052的内壁上，使得通过遮光件106遮蔽至少部份穿透基板101进入接收孔1052的光线的干扰，换言之，遮光件106可有效阻挡基板101与接收孔1052之间的漏光间隙，具体而言，遮光件106可成型为一块状或环状的态样，且可具有弹性或可挠性，进一步地，当遮光件106为一块状的态样时，其设置于靠近发光芯片102的一侧，于较佳实施例中，可于基板101的安装面1011 上或者于封装胶体104上再成型有至少一沟槽1012，且该沟槽1012位置可于基板101中心或者靠近接收孔1052的一侧，如此当壳体105进行压模工艺而成型或设置于基板101上时，可更有效的阻挡基板101与接收孔 1052之间的漏光间隙，本实施例透过上述设计，可使光学感测模块10的发光芯片102发出的光讯号R经位于一距离范围L的一待测物M反射后，从接收孔射入感测芯片103仍可精准侦测到待测物M的距离，该距离范围L距离可能为1、4、5、6、8、10、12、15公尺或距离范围L落在1～10 公尺内。

请接着参考图5A～5D，图5A～5D为本新型实施例光学感测模块的制造流程图，并请搭配参考图1～4，它包含下列步骤：

步骤(a)：提供一基板101，该基板101的安装面1011定义有一发光区域1013及一接收区域1014，将发光芯片102以及感测芯片103相互分离地设置于发光区域1013和接收区域1014上，其中，接收区域1014的面积与发光区域1013的面积比值介于0.25～4之间，于较佳实施例中，其比值介于0.3～2之间，透过上述比例关系可进一步提升光接收效果。

步骤(b)：封装胶体104包覆发光芯片102及感测芯片103，于本实施例中封装胶体104的折射率约为1.5～1.6，其使用模压成型(Molding)的方式，将封装胶体104包覆发光芯片102及感测芯片103，且各封装胶体104 形成有一透镜部1041以及一底部1042，并更进一步限定透镜部的径高比值，该径高比约为0.5～2.5，较佳来说，径高比可约为0.9～1.5，藉此，有效提高光发光芯片102的发光效率以及感测芯片103的感测效果，且同时改善封装胶体104顶部出光面1043气泡产生的缺失。

步骤(c)：利用一切割刀具于基板101中心位置切割一沟槽1012，具体而言，于发光区域1013与接收区域之间切割一沟槽1012，于较佳实施例中，其切割深度可为由封装胶体104至基板101的安装面1011或由封装胶体104向下切割至低于安装面1011的水平面深度。

步骤(d)：壳体105设置于基板101的安装面1011上，该壳体105具有一发射孔1051和一接收孔1052，且接收孔1052内壁可成型有一微结构 1053，具体而言，还包含一遮光件106设置于接收孔1052中，该遮光件106的其中一侧设于安装面1011上，而邻近其中一侧的另一侧则抵持接收孔1052的内壁，并靠近发射孔1051方向，故，当壳体105进行压模工艺而成型或预先成型设置于基板101上时，壳体105可嵌入于沟槽1012中，进而增加接触面积以提升壳体105与基板101之间的结合性，并且也可有效遮光，又，使得通过遮光件106遮蔽至少部份穿透基板101进入接收孔 1052之光线的干扰，以防止发光芯片1002及感测芯片1033之间互相干扰，再者，微结构1053可降低太阳光对感测芯片103造成干扰，而导致感测芯片103感测准确性降低的问题。

由上所述可知，本新型提出一种光学感测模块，包括一基板、一发光芯片、一感测芯片、至少一封装胶体以及一壳体，基板具有一安装面，壳体系装设于安装面上，发光芯片与感测芯片相互分离地设置于壳体内，封装胶体系分别包覆发光芯片以及感测芯片，且该壳体具有一发射孔及一接收孔，该发射孔以及接收孔分别于发光芯片以及感测芯片上方。

因此，本实用新型据以实施后，确实可达到提供一种藉由一光学透镜结构的设计，达到可提升发光的效率的光学感测模块。

虽然本实用新型已以实施例揭露如上，然而其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本实用新型的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (7)

1.一种光学感测模块，其特征在于，包括：

一基板，具有一安装面；

一发光芯片，设置于该安装面上且电性连接该基板；

一感测芯片，设置于该安装面上且电性连接该基板；

至少一封装胶体，包覆该发光芯片以及该感测芯片，该至少一封装胶体具有至少一透镜部及至少一底部，该至少一透镜部设置于该至少一底部之上方，该透镜部具有一长径及一第一高度，该底部则具有一第二高度；以及

一壳体，设置于该安装面上，该壳体设有一发射孔及一接收孔，该发射孔以及该接收孔分别位于该发光芯片以及该感测芯片的上方，该接收孔的内壁形成有一微结构，该微结构为不规则或规则的凹凸状，用于降低太阳光对感测芯片造成干扰。

2.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该第一高度相对于该第二高度的比值为0.5至3之间。

3.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该长径相对于该第一高度的比值为0.5至2.5之间。

4.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该接收孔的顶面与该安装面的距离介于0.5mm至5mm之间。

5.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该微结构的表面涂布有一光遮蔽层。

6.根据权利要求1所述的光学感测模块，其特征在于，该光学感测模块还包括有一遮光件，设置于该基板的安装面上，且该遮光件的其中一侧抵持于该接收孔的内壁。

7.根据权利要求6所述的光学感测模块，其特征在于，该遮光件由一具有弹性或可挠性的材料制成。

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