JP2015198243A - 光学モジュール及びそのパッケージング方法 - Google Patents

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兆偉 游
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Abstract

【課題】集光構造を有する光学モジュール及びそのパッケージ方法を提供する。【解決手段】発光チップ３０及び受光チップ４０が、基板２０の発光ゾーン２１及び受光ゾーン２３に各々設けられている。封止用蓋体５０は、基板上に覆い被され、各チップを収容する２つの独立した空間である第１の収容室５１および第２の収容室５２、ならびに、第１収容室および第２の収容室に各々連通する発光穴５３および受光穴５４を有する。第１のパッケージコロイド６０は、第１の収容室、及び、発光穴の中に形成され、且つ、発光チップを覆い、発光穴の近くに第１の集光層６１が設けられている。第２のパッケージコロイドは、第２の収容室内に形成され、受光チップを覆い、受光穴の近くに第２の集光層７１が設けられている。この集光構造は、光学モジュールの発光効率を効果的に向上させると共にパッケージ不良で発生するコストを大幅に削減することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、光学モジュールに関し、特に、集光構造を有する光学モジュールに関する。
現在光学式近接センサーモジュールは、新世代のスマート電子機器（例えばスマートフォン）における主要な技術となっており、電子機器を耳（顔検出）にあてる或いはポケットの中に入れると、モジュールは消費電力を節約し不用意な接触を避けるために直ちにスクリーン表示をオフにし、好適な使用実感をもたらす。またモジュールの作動原理は、発光チップにより光を発射（例えば発光ダイオードＬＥＤ）し、光は物体の表面反射を経由して受光チップに投射された後、電子信号に変換されその後の処理を行うもので、例えば、特許文献１の近接センサーパッケージ構造がある。当特許のパッケージ構造は、台座、台座の周囲に垂直連結する障壁と障壁を覆い被せる蓋板とを含み、またこれをもって収容空間を形成し、収容空間の中に収容空間を区切るための仕切板が設けられる。これを介して発光チップと受光チップを区切る基板を設けることで、光の相互干渉よる製品パフォーマンスの低下を回避することができる。
しかしながら、先願の発光チップから発せられた光が集光反射層を経由して反射し、且つ凸円弧状の透明なコロイドによって外方へ伝達される時、光は散乱状態を呈し、集束及び発光効率増大の効果がない。次に、先願の蓋板と障壁は一体成形となっていないため、相互間で隙間が形成され、更に階段状の段差が形成されることが免れない。この場合、透明なコロイドを先願のように障壁のみに設ける時、散乱光の一部は集光反射層に照射し、一部がこの隙間に照射し、もう一部が階段状の段差に照射するため、各部分の反射光は不連続になり、更に相互干渉の問題も生じる。
上記をまとめると、従来の光学モジュールはやはり上記の欠陥があるため、改良する必要があった。
台湾特許番号第Ｍ３９９３１３号明細書
本発明は、効果的に発光効率を向上させることができるだけでなく、パッケージ不良により発生するコストも大幅に削減できる集光構造を有する光学モジュールを提供することを主な目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る光学モジュールは、基板と発光チップと受光チップと封止用蓋体と第１のパッケージコロイドと第２のパッケージコロイドとを備える。基板は発光ゾーン及び受光ゾーンが定義されている。発光チップは基板の発光ゾーンに設けられている。受光チップは基板の受光ゾーンに設けられている。封止用蓋体は、基板上に覆い被されており、２つの独立した空間である第１の収容室および第２の収容室、ならびに、第１の収容室及び第２の収容室に各々連通する発光穴および受光穴を有し、第１の収容室が発光チップを収容し且つ発光穴が発光チップの上方に位置し、第２の収容室が受光チップを収容し且つ受光穴が受光チップの上方に位置する。第１のパッケージコロイドは、第１の収容室及び発光穴の中に形成されており、発光チップを覆い、発光穴の近くに第１の集光層が設けられている。第２のパッケージコロイドは、第２の収容室内に形成されており、受光チップを覆い、受光穴の近くに第２の集光層が設けられている。
第１の集光層の外方に向かう表面は、凹円弧状を呈する。
第２の集光層の受光穴に対応する表面は、凸円弧状を呈する。
封止用蓋体は、頂板及び頂板と基板の間にある成形部材で構成される。頂板は発光穴及び受光穴を形成しており、成形部材が第１の、第２の収容室を形成する。
成形部材の第１の収容室の側周縁部に内方から外方へ徐々に拡張する第１の導光層が設けられる。
頂板の発光穴の側周縁部に内方から外方へ徐々に拡張する第２の導光層が設けられる。
本発明は、集光構造を有する光学モジュールのパッケージング方法を別途提供する。方法には、
成形部材を基板の上に形成するステップと、
基板において、発光ゾーン及び受光ゾーンを定義するステップと、
発光チップと受光チップを基板の発光ゾーン及び受光ゾーンに各々電気的に接続するステップと、
頂板を成形部材の上に固設するステップと、
成形部材内にパッケージコロイドを充填することで、パッケージコロイドが発光チップと受光チップの上に覆わせるステップと、を含む。
モールド工程を利用して第１の収容室と第２の収容室と第１の導光層とを備える成形部材を形成するステップを更に含む。
モールド工程を利用して発光穴と受光穴とを備える頂板を形成するステップを更に含む。
第１のパッケージコロイドの表面に内凹弧状の第１の集光層を形成するステップと第２のパッケージコロイドの表面に凸円弧状の第２の集光層を形成するステップとを更に含む。
これを介して本発明に係る集光構造を有する光学モジュールは、各パッケージコロイドの集光層及び第１の収容室と発光穴の導光層を通じてその発光効率を向上し、更に成形部材は各チップを基板に電気的に接続する前に基板の上に事前成形されるため、封止用蓋体のパッケージ工程において不良が発見された時各チップのダイアタッチ工程を行う必要がなく、こうすることでパッケージ工程の不良で発生するコストを大幅に削減できる。
本発明の構成、特徴及びその目的を更に理解してもらうため、以下に本発明の一実施形態を挙げて図面に基づき以下の通り詳細に説明し、同時に当業者が具体的に実施することができる。ただし、以下に述べるものは、あくまでも本発明の技術内容及び特徴を明らかにするために提供する一実施形態であって、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が本発明の技術内容及び特徴を理解した後、本発明の精神を逸脱しない限りにおいて行われる種々の修正、変更又は構成要素の減少が本発明の特許請求の範囲内であることは勿論である。
本発明の一実施形態による光学モジュールの平面図である。 図１の２−２線断面図である。 本発明の一実施形態による光学モジュールの製造方法を示す模式図である。
（一実施形態）
本発明の構造、特徴及び効果を詳細に説明するため、本発明の一実施形態を下記の図面に基づいて後記の通り説明する。
図１〜図２示すように、本発明の実施形態による光学モジュール１０は、基板２０と発光チップ３０と受光チップ４０と封止用蓋体５０と第１のパッケージコロイド６０と第２のパッケージコロイド７０とを備える。
基板２０が、有機材質のビスマレイミドトリアジン（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ Ｔｒｉａｚｉｎｅ）基板等の非セラミック基板とし、且つ基板２０の上に発光ゾーン２１及び受光ゾーン２３を定義する。
発光チップ３０は、基板の発光ゾーン２１に設けられる。
受光チップ４０は、基板の受光ゾーン２３に設けられる。
封止用蓋体５０は、基板２０上に覆い被さり、且つ２つの独立した空間の第１の収容室５１と第２の収容室５２と第１の収容室５１及び第２の収容室５２に各々連通する発光穴５３と受光穴５４とを包括し、第１の収容室５１が発光チップ３０を収容し且つ発光穴５３が発光チップ３０の上方に位置し、第２の収容室５２が受光チップ４０を収容し且つ受光穴５４が受光チップ４０の上方に位置する。本発明の一実施形態において、封止用蓋体５０は、頂板５５及び頂板５５と基板２０の間にある成形部材５６で構成される。頂板５５は発光穴５３及び受光穴５４を形成しており、成形部材５６が第１の、第２の収容室５１、５２を形成する。これを介して、発光チップ３０と受光チップ４０は、第１の収容室５１及び第２の収容室５２の中に独立して各々設けることができるため、互いに干渉しない。
第１のパッケージコロイド６０は、第１の収容室５１及び発光穴５３の中に形成され、且つ発光チップ３０を覆い、発光穴５３の近くに第１の集光層６１を設ける。第１の集光層６１の外方に向かう表面は、凹円弧状を呈する。
第２のパッケージコロイド７０は、第２の収容室内５２に形成され、且つ受光チップ４０を覆い、受光穴５４の近くに第２の集光層７１を設ける。第２の集光層７１の受光穴５４に対応する表面は、凸円弧状を呈する。
特に、本発明の一実施形態において、成形部材５６は第１の収容室５１の側周縁部に内方から外方へ徐々に拡張する第１の導光層５６１が設けられ、頂板５５は発光穴５３の側周縁部に同じように内方から外方へ徐々に拡張する第２の導光層５５１が設けられる。こうすると、発光チップ３０が発する光は、第１の導光層５６１と第２の導光層５５１の誘導により特定方向に集中することで、発光チップ３０の発光効率を向上させることができる。これ以外に、第１のパッケージコロイド６０及び第２のパッケージコロイド７０は、いずれも透光性のあるシリコンゲルとし、第１のパッケージコロイド６０の第１の集光層６１の外部に向かう表面は内凹弧状を呈し、第２のパッケージコロイド７０の第２の集光層７１の受光穴５４に対応する表面が凸円弧状を呈する。発光チップ３０が発する光は、第１、第２の導光層５６１、５５１が導かれ且つ第１のパッケージコロイド６０の第１の集光層６１を通過した時、光が内凹弧状によって二次集束を行い、二次集束後の光が物体の表面に投射（図示略）し、また受光チップ４０の方向に向かって反射する。反射する光は、まず受光穴５４を透過してから第２の収容室５２の中に伝達し、更に第２の集光層７１の凸円弧状で光を受光チップ４０の中に集めることで受光の品質を向上させる。
図３を参照すると、本発明に係る集光構造を有する光学モジュール１０のパッケージング方法で、方法には次のステップを含む。
ステップＡ：予め成形部材５６を基板２０上に形成する。
ステップＢ：発光ゾーン２１及び受光ゾーン２３を基板２０上に定義し、また発光チップ３０及び受光チップ４０は、各々ダイアタッチ（Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ）工程及びワイヤーボンディング（Ｗｉｒｅ Ｂｏｎｄ）工程を経て基板２０の発光ゾーン２１及び受光ゾーン２３の上に連結する。
ステップＣ：頂板５５を成形部材５６の上に固設し、本実施形態において頂板５５は成形部材５６と合わせて接着接合方式で成形部材５６の上に粘着する。
ステップＤ：成形部材５６内に第１のパッケージコロイド６０、第２のパッケージコロイド７０を充填することで第１のパッケージコロイド６０、第２のパッケージコロイド７０が発光チップ３０と受光チップ４０の上を覆う。
ステップＡの前に、成形部材５６は、まずモールド方式で第１の収容室５１、第２の収容室５２と第１の導光層５６１の特徴構造を形成した後ボンディング工程により基板２０の上に固設される。こうすることにより基板２０上で行われる後加工プロセスを省くことができる。この外に、頂板５５は前述と同じように、ステップＡの前に予めモールド工程を利用して第２の導光層５５１を有する発光穴５３及び受光穴５４を形成する。
ステップＤの部分において、第１のパッケージコロイド６０と第２のパッケージコロイド７０は、第１の収容室５１及び第２の収容室５２の中に分けて充填でき、或いは第１、第２のパッケージコロイド６０、７０を同じ工順において第１、第２の収容室５１、５２の中に充填できる。これはパッケージ工程のニーズ、例えば作業時間やコスト、不良により発生するコスト等の削減の条件によって決まる。このほかに、ステップＤは、第１のパッケージコロイド６０の表面に内凹弧状の第１の集光層６１を形成するステップと第２のパッケージコロイド７０の表面に凸円弧状の第２の集光層７１を形成するステップとを更に含み、この凹円弧状又は凸円弧状の特徴を介して光の経路を変更することで、発光及び受光効率を向上させる。
総合すると、本発明に係る集光構造を有する光学モジュール１０は、第１、第２のパッケージコロイド６０、７０の集光層６１、７１及び第１の収容室５１と発光穴５３にある導光層５６１、５５１によりその発光効率を向上させる。更に成形部材５６は各チップ３０、４０が基板２０に電気的に接続される前に予め基板２０の上に成形されるため、封止用蓋体５０のパッケージ工程において不良が発見された時、次の段階の発光チップ３０及び受光チップ４０のダイアタッチ工程を行う必要がなく、こうすることでパッケージ工程の不良で発生するコストを大幅に削減できる。
本発明が先に開示する実施形態における構成要素は、あくまでも例として説明するものであって、本発明の範囲が限定されるべきものではなく、その他の等価要素の代替又は変更も本発明の特許請求の範囲内に含まれる。
１０ 光学モジュール、
２０ 基板、
２１ 発光ゾーン、
２３ 受光ゾーン、
３０ 発光チップ、
４０ 受光チップ、
５０ 封止用蓋体、
５１ 第１の収容室、
５２ 第２の収容室、
５３ 発光穴、
５４ 受光穴、
５５ 頂板、
５５１ 第２の導光層、
５６ 成形部材、
５６１ 第１の導光層、
６０ 第１のパッケージコロイド、
６１ 第１の集光層、
７０ 第２のパッケージコロイド、
７１ 第２の集光層。

Claims (10)

  1. 発光ゾーン、及び、受光ゾーンが定義されている基板と、
    前記基板の発光ゾーンに設けられた発光チップと、
    前記基板の受光ゾーンに設けられた受光チップと、
    前記基板の上に覆い被さり、２つの独立した空間である第１の収容室および第２の収容室、ならびに、前記第１の収容室及び前記第２の収容室に各々連通する発光穴及び受光穴を有し、前記第１の収容室が前記発光チップを収容し、前記発光穴が前記発光チップの上方に位置し、前記第２の収容室が前記受光チップを収容し、前記受光穴が前記受光チップの上方に位置する封止用蓋体と、
    前記第１の収容室及び前記発光穴の中に形成されており、前記発光チップを覆い、前記発光穴の近傍に第１の集光層が設けられている第１のパッケージコロイドと、
    前記第２の収容室内に形成されており、前記受光チップを覆い、前記受光穴の近傍に第２の集光層が設けられている第２のパッケージコロイドと、を備えることを特徴とする集光構造を有する光学モジュール。
  2. 前記第１の集光層の外側に向く表面は、凹円弧状を呈することを特徴とする請求項１に記載の集光構造を有する光学モジュール。
  3. 前記第２の集光層の前記受光穴に対応する表面は、凸円弧状を呈することを特徴とする請求項１に記載の集光構造を有する光学モジュール。
  4. 前記封止用蓋体は、頂板、及び、前記頂板と前記基板との間にある成形部材により構成されており、前記頂板に前記発光穴及び前記受光穴が形成されており、前記成形部材に前記第１の収容室および前記第２の収容室が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の集光構造を有する光学モジュール。
  5. 前記成形部材の前記第１の収容室は、側周縁部に、内側から外側へ徐々に拡張する第１の導光層が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の集光構造を有する光学モジュール。
  6. 前記頂板の前記発光穴は、側周縁部に、内側から外側へ徐々に拡張する第２の導光層が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の集光構造を有する光学モジュール。
  7. 成形部材を基板の上に形成するステップと、
    前記基板に、発光ゾーン、及び、受光ゾーンを定義するステップと、
    前記基板の前記発光ゾーン、及び、前記受光ゾーンに発光チップおよび受光チップを各々電気的に接続するステップと、
    頂板を前記成形部材の上に固設するステップと、
    前記成形部材内に第１のパッケージコロイドと第２のパッケージコロイドを充填することで、前記第１のパッケージコロイドと前記第２のパッケージコロイドを用いて前記発光チップと前記受光チップを覆うステップと、を含むことを特徴とする集光構造を有する光学モジュールのパッケージング方法。
  8. モールド工程を利用して、第１の収容室と第２の収容室と第１の導光層とを有する成形部材を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の集光構造を有する光学モジュールのパッケージング方法。
  9. モールド工程を利用して発光穴と受光穴とを有する頂板を形成するステップを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の集光構造を有する光学モジュールのパッケージング方法。
  10. 前記第１のパッケージコロイドの表面に凹円弧状の第１の集光層を形成するステップと、
    前記第２のパッケージコロイドの表面に凸円弧状の第２の集光層を形成するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の集光構造を有する光学モジュールのパッケージング方法。
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