KR20150113780A - 집광구조를 가진 광학모듈 및 그 패키징 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 집광구조를 가진 광학 모듈에서, 발광 칩 및 수광 칩은 기판의 발광 영역 및 수광 영역에 각각 설치되고, 커버는 기판을 커버하며, 2개의 독립 공간인 제1 수용실과 제2 수용실, 및 제1 수용실, 제2 수용실을 각각 연통시키는 발광 구멍과 수광 구멍을 포함한다. 제1 수용실, 제2 수용실은 각 칩을 각각 수용하며, 제1 패키징 수지는 상기 제1 수 용실 및 발광 구멍에 형성되고, 발광 칩을 덮으며, 발광 구멍에 근접한 곳에 제1 집광층이 설치되어 있으며, 제2 패키징 수지는 제2 수용실에 형성되고, 수광 칩을 덮고, 상기 수광 구멍에 근접한 곳에 제2 집광층이 설치되어 있다. 이를 통해, 본 발명의 집광구조는 광학 모듈의 발광효율을 향상시키고, 패키징 공정의 불량으로 발생하는 원가를 절감한다.
Description
본 발명은 광학모듈에 관한 것으로, 특히 집광구조를 가진 광학 모듈에 관한 것이다.
현재 근접 감지 광학모듈은 지능형 전자장치(예를 들면 스마트폰)의 주요 기술로 선택되고 있으며, 전자장치를 귀에 가까이하거나(얼굴 감지) 또는 주머니에 넣으면, 상기 모듈은 화면이 바로 꺼지게 하여 전력 소모를 줄이고 터치되지 않도록 하여, 더 좋은 사용감을 준다. 상기 모듈의 작동원리는 발광 칩[예를 들면 발광다이오드(LED)]을 이용하여 광선을 발사하고, 상기 광선은 물체 표면의 반사에 의해 수광 칩에 조사된 다음, 전자신호로 변환되어 후속 처리를 수행한다. 예를 들면, 대만 제M399313호 특허의 근접 감지 패키징 구조체는 베이스, 베이스의 사방 둘레에 수직으로 연결된 차단벽 및 상기 차단벽을 커버하는 커버 플레이트를 포함하고 있으며, 이를 통해 수용 공간을 형성하고, 수용 공간 내에 수용 공간을 구획하는 격판이 설치되어 있다. 이를 통해, 발광 칩과 수광 칩은 기판 상에 구획 설치되어 광원의 간섭으로 인해 제품 효능이 떨어지는 것을 방지한다.
그러나, 상기 특허의 발광 칩에서 방출하는 광선은 집광 반사층의 반사 및 볼록한 호형상의 투명 수지에 의해 외부로 전달될 때 난반사되므로, 집광 및 발광효율을 증가시키는 효과가 없으며, 또한 상기 특허의 커버 플레이트와 차단벽은 일체로 성형되어 이루어진 것이 아니므로, 틈새가 불가피하게 형성되고, 심지어는 계단 형상의 단차가 형성될 수 있다. 상기 특허와 같이 투명 수지가 차단벽에만 설치될 경우, 난반사되는 광선의 일부는 집광 반사층에 조사되고, 일부는 상기 틈새에 조사되며, 또한 일부는 계단 형상의 단차에 조사되므로, 각 부분의 반사광선은 불연속적이며 심지어는 서로 간섭하는 문제가 발생하게 된다.
종래의 광학모듈은 상술한 바와 같은 문제점을 여전히 가지므로, 이에 대한 개선이 필요하다.
본 발명의 주요 목적은 발광효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 패키징 불량으로 발생하는 원가를 크게 절감할 수 있는 집광구조를 가진 광학모듈을 제공하는 것이다.
상기 목적에 도달하기 위하여, 본 발명의 집광구조를 가진 광학모듈은, 기판, 발광 칩, 수광 칩, 커버, 제1 패키징 수지 및 제2 패키징 수지를 포함하고, 상기 기판에 발광 영역 및 수광 영역이 정의되고, 상기 발광 칩은 상기 기판의 발광 영역에 설치되고, 상기 수광 칩은 상기 기판의 수광 영역에 설치되며, 상기 커버는 상기 기판을 커버하며, 2개의 독립 공간인 제1 수용실과 제2 수용실, 및 상기 제1 수용실, 상기 제2 수용실을 각각 연통시키는 발광 구멍과 수광 구멍을 포함하고, 상기 제1 수용실은 상기 발광 칩을 수용하고, 상기 발광 구멍은 상기 발광 칩의 상측에 위치하며, 상기 제2 수용실은 상기 수광 칩을 수용하고, 상기 수광 구멍은 상기 수광 칩의 상측에 위치한다. 상기 제1 패키징 수지는 상기 제1 수용실 및 상기 발광 구멍에 형성되고, 또한 상기 발광 칩을 덮으며, 상기 발광 구멍에 근접한 곳에 제1 집광층이 설치되어 있다. 상기 제2 패키징 수지는 상기 제2 수용실에 형성되고, 상기 수광 칩을 덮으며, 상기 수광 구멍에 근접한 곳에 제2 집광층이 설치되어 있다.
상기 제1 집광층의 외부를 향한 표면은 오목한 호형상의 구조이다.
상기 제2 집광층의 상기 수광 구멍에 대응하는 표면은 돌출된 호형상의 구조이다.
상기 커버는 탑플레이트 및 상기 탑플레이트와 상기 기판 사이에 위치하는 프리 성형 부재로 구성되며, 상기 탑플레이트에 상기 발광 구멍 및 상기 수광 구멍이 형성되어 있으며, 상기 프리성형부재에 상기 제1 수용실, 제2 수용실이 형성되어 있다.
상기 프리성형부재의 제1 수용실의 측면 에지에 내부에서 외부로 점차적으로 확장되는 제1 도광층이 설치되어 있다.
상기 탑플레이트의 발광 구멍의 측면 에지에 내부에서 외부로 확장되는 제2 도광층이 설치되어 있다.
본 발명은 또한 집광구조를 가진 광학모듈의 패키징 방법을 제공하며, 상기 방법은,
프리성형부재를 기판 상에 형성하는 단계;
상기 기판에 발광 영역 및 수광 영역을 정의하는 단계;
발광 칩 및 수광 칩을 상기 기판의 발광 영역 및 수광 영역에 전기적으로 연결하는 단계;
탑플레이트를 상기 프리성형부재 상에 고정 설치하는 단계; 및
상기 프리성형부재 내에 패키징 수지를 충전하여, 상기 패키징 수지가 상기 발광 칩과 상기 수광 칩의 상측을 덮게 하는 단계를 포함한다.
몰드프레싱 공정을 이용하여 제1 수용실, 제2 수용실 및 제1 도광층을 가진 프리성형부재를 형성하는 단계를 더 포함한다.
몰드프레싱 공정을 이용하여 발광 구멍 및 수광 구멍을 가진 탑플레이트를 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 제1 패키징 수지의 표면에 오목한 호형상의 구조인 제1 집광층을 형성하는 단계, 및 상기 제2 패키징 수지의 표면에 돌출된 호형상의 구조인 제2 집광층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 집광구조를 가진 광학모듈은 상기 각 패키징 수지의 집광층 및 상기 제1 수용실과 상기 발광 구멍의 도광층을 통해 발광효율을 향상시키고, 또한 상기 프리성형부재가 상기 각 칩이 상기 기판에 전기적으로 연결되기 전에 상기 기판 상에 미리 성형되므로, 상기 커버의 패키징 공정에서 불량이 발생하면, 상기 각 칩의 다이 어태치 공정을 진행할 필요가 없다. 이렇게 하면, 패키징 공정에서 불량이 발생하는 것을 방지하여 원가를 크게 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집광구조를 가진 광학 모듈의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 상기 바람직한 실시예에 따른 집광구조를 가진 광학 모듈의 도 1의 2-2선을 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 상기 바람직한 실시예에 따른 집광구조를 가진 광학 모듈의 패키징 공정의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 상기 바람직한 실시예에 따른 집광구조를 가진 광학 모듈의 도 1의 2-2선을 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 상기 바람직한 실시예에 따른 집광구조를 가진 광학 모듈의 패키징 공정의 흐름도이다.
본 발명의 구성, 특징 및 목적을 잘 이해하고, 동시에 당업자가 구체적으로 실시할 수 있도록, 이하 본 발명의 실시예와 도면을 결합하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 기술 내용 및 특징을 설명하기 위해 제공하는 것일 뿐이며, 당업자가 본 발명의 기술 내용 및 특징을 이해한 후, 본 발명의 정신을 위배하지 않는 범위에서 진행한 여러 가지 간단한 변형, 교체 또는 부재의 생략은 모두 본 발명의 보호범위에 포함된다.
본 발명의 구조, 특징 및 효과를 상세히 설명하기 위하여, 바람직한 실시예와 도면을 결합하여, 다음과 같이 설명한다.
먼저 도 1 내지 도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집광구조를 가진 광학모듈(10)은 기판(20), 발광 칩(30), 수광 칩(40), 커버(50), 제1 패키징 수지(60) 및 제2 패키징 수지(70)를 포함하고 있다.
상기 기판(20)은 유기 재질의 비스말레이미드 트리아진 기판 등의 비세라믹 기판이며, 상기 기판(20) 상에 제1 발광 영역(21) 및 수광 영역(23)이 정의되어 있다.
상기 발광 칩(30)은 상기 기판의 발광 영역(21)에 설치된다.
상기 수광 칩(40)은 상기 기판의 수광 영역(23)에 설치된다.
상기 커버(50)는 상기 기판(20)을 커버하며, 2개의 독립 공간인 제1 수용실(51)과 제2 수용실(52), 및 상기 제1 수용실(51), 제2 수용실(52)을 각각 연통시키는 발광 구멍(53)과 수광 구멍(54)을 포함하고, 상기 제1 수용실(51)은 상기 발광 칩(30)을 수용하고 상기 발광 구멍(53)은 상기 발광 칩(30)의 상측에 위치하며, 상기 제2 수용실(52)은 상기 수광 칩(40)을 수용하고 상기 수광 구멍(54)은 상기 수광 칩(40)의 상측에 위치한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 커버(50)는 탑플레이트(55) 및 상기 탑플레이트(55)와 상기 기판(20) 사이에 위치하는 프리성형부재(56)로 구성되며, 상기 탑플레이트(55)에 상기 발광 구멍(53) 및 상기 수광 구멍(54)이 성형되어 있으며, 상기 프리성형부재(56)에 상기 제1 수용실(51), 상기 제2 수용실(52)이 형성되어 있으며, 이를 통해, 상기 발광 칩(30)과 상기 수광 칩(40)은 각자 독립적으로 상기 제1 수용실(51) 및 상기 제2 수용실(52)에 설치될 수 있어, 서로 간섭을 받지 않는다.
상기 제1 패키징 수지(60)는 상기 제1 수용실(51) 및 상기 발광 구멍(53)에 형성되고, 상기 발광 칩(30)을 덮으며, 상기 발광 구멍(53)에 근접한 곳에 제1 집광층(61)이 설치되어 있으며, 상기 제1 집광층(61)의 외부를 향한 표면은 오목한 호형상의 구조이다.
상기 제2 패키징 수지(70)는 상기 제2 수용실(52)에 형성되고, 상기 수광 칩(40)을 덮으며, 상기 수광 구멍(54)에 근접한 곳에 제2 집광층(71)이 설치되어 있다. 상기 제2 집광층(71)의 상기 수광 구멍(54)에 대응하는 표면은 돌출된 호형상의 구조이다.
언급해야 할 점은, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 프리성형부재(56)는 상기 제1 수용실(51)의 측면 에지에 내부에서 외부로 점차적으로 확장되는 제1 도광층(561)이 설치되어 있으며, 상기 탑플레이트(55)는 상기 발광 구멍(53)의 측면 에지에 마찬가지로 내부에서 외부로 점차적으로 확장되는 제2 도광층(551)이 설치되어 있다. 이렇게 하면, 상기 발광 칩(30)이 방출하는 광선은 상기 제1 도광층(561)과 상기 제2 도광층(551)의 가이드를 받아 특정 방향으로 집결되므로, 상기 발광 칩(30)의 발광효율을 향상시킨다. 그밖에, 상기 제1 패키징 수지(60) 및 상기 제2 패키징 수지(70)는 모두 투광 가능한 실리콘수지이고, 상기 제1 패키징 수지(60)의 제1 집광층(61)의 외부를 향한 표면은 오목한 호형상의 구조이며, 상기 제2 패키징 수지(70)의 제2 집광층(71)의 상기 수광 구멍에 대응하는 표면은 돌출된 호형상의 구조이며, 상기 발광 칩(30)이 방출한 광선은 상기 제1 도광층(561), 제2 도광층(551)에 의해 가이드되며, 상기 제1 패키징 수지(60)의 제1 집광층(61)을 통과할 때, 광선은 오목한 호(弧)형상의 구조로 인해 2차 집광되고, 2차 집광 후의 광선은 물체의 표면에 조사되고(미도시), 상기 수광 칩(40)의 방향으로 반사되며, 반사된 광선은 먼저 상기 수광 구멍(54)을 통과하여, 상기 제2 수용실(52)로 전달된 다음, 상기 제2 집광층(71)의 돌출된 호형상의 구조를 통해 상기 수광 칩(40)에 집결됨으로써 수광 품질을 향상시킨다.
도 3은 본 발명의 집광구조를 가진 광학 모듈(10)을 패키징하는 방법을 나타낸 도면이며, 상기 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
단계 A: 먼저 상기 프리성형부재(56)를 상기 기판(20) 상에 형성한다.
단계 B: 상기 기판(20)에 상기 발광 영역(21) 및 상기 수광 영역(23)을 정의하고, 상기 발광 칩(30) 및 상기 수광 칩(40)을 다이 어태치(Die Attach) 및 와이어 본드(Wire Bond) 공정을 이용하여 상기 기판(20)의 발광 영역(21) 및 수광 영역(23)에 각각 연결한다.
단계 C: 상기 탑플레이트(55)를 상기 프리성형부재(56) 상에 고정 설치한다. 상기 바람직한 실시예에서, 상기 탑플레이트(55)는 먼저 상기 프리성형부재(56)와 정렬된 후, 접합방식으로 상기 프리성형부재(56) 상에 접합 고정된다.
단계 D: 상기 프리성형부재(56) 내에 각 상기 패키징 수지(60, 70)를 충전하여, 상기 패키징 수지(60, 70)가 상기 발광 칩(30)과 상기 수광 칩(40)의 상부를 덮게 한다.
단계 A전에, 상기 프리성형부재(56)는 먼저 몰드프레싱하는 방식으로 특징 구조인 상기 제1 수용실(51), 상기 제2 수용실(52), 및 상기 제1 도광층(561)이 성형되고, 그 다음에 접합 공정을 통해 상기 기판(20) 상에 고정 설치된다. 이렇게 하면, 상기 기판(20) 상에서 후속 가공하는 절차를 생략할 수 있다. 그밖에, 상기 탑플레이트(55)는 상술한 바와 같이, 단계 A전에 먼저 몰드프레싱 방법으로 상기 제1 도광층(551)을 가진 발광 구멍(53) 및 상기 수광 구멍(54)이 형성되어 있다.
단계 D에서, 상기 제1 패키징 수지(60)와 상기 제2 패키징 수지(70)는 상기 제1 수용실(51) 및 상기 제2 수용실(52)에 개별적으로 충전되거나, 또는 동일한 공정에서 상기 제1 수용실(51), 제2 수용실(52)에 충전될 수 있고, 이는 패키징 공정의 필요(예를 들어 공정 원가 절감, 불량 발생 원가 절감 등의 조건)에 따라 결정된다.
그밖에, 상기 단계 D는 상기 제1 패키징 수지(60)의 표면에 오목한 호형상의 구조인 제1 집광층(61)을 형성하는 단계, 및 상기 제2 패키징 수지(70)의 표면에 돌출된 호형상의 구조인 제2 집광층(71)을 형성하는 단계를 더 포함하고, 이러한 오목하거나 또는 돌출된 호형상의 특징을 통해 광선의 경로를 변화시켜, 발광 및 수광 효율을 높이는 효과에 도달한다.
종합하면, 본 발명의 집광구조를 가진 광학모듈(10)은 상기 제1 패키징 수지(60), 제2 패키징 수지(70)의 집광층(61, 71) 및 상기 제1 수용실(51)과 상기 발광 구멍(53)의 도광층(561, 551)을 통해 발광효율을 향상시키고, 더욱이 상기 프리성형부재(56)가 각 상기 칩(30, 40)이 상기 기판(20)에 전기적으로 연결되기 전에 상기 기판(20) 상에 미리 형성되므로, 상기 커버(50)의 패키징 공정에서 불량이 발생하면, 다음 단계인 상기 발광 칩(30) 및 상기 수광 칩(40)의 다이 어태치 공정을 진행할 필요가 없다. 이렇게 하면, 패키징 공정에서 불량 발생으로 인한 원가를 크게 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 공개된 구성 소자는 설명을 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니며, 기타 등가 소자의 교체 또는 변경은 모두 본 발명의 특허출원범위에 포함된다.
10: 광학모듈
20: 기판
21: 발광 영역
23: 수광 영역
30: 발광 칩
40: 수광 칩
50: 커버
51: 제1 수용실
52: 제2 수용실
53: 발광 구멍
54: 수광 구멍
55: 탑플레이트
551: 제2 도광층
56: 프리성형부재
561: 제1 도광층
60: 제1 패키징 수지
70: 제2 패키징 수지
20: 기판
21: 발광 영역
23: 수광 영역
30: 발광 칩
40: 수광 칩
50: 커버
51: 제1 수용실
52: 제2 수용실
53: 발광 구멍
54: 수광 구멍
55: 탑플레이트
551: 제2 도광층
56: 프리성형부재
561: 제1 도광층
60: 제1 패키징 수지
70: 제2 패키징 수지
Claims (10)
- 발광 영역 및 수광 영역이 정의된 기판;
상기 기판의 발광 영역에 설치된 발광 칩;
상기 기판의 수광 영역에 설치된 수광 칩;
상기 기판을 커버하며, 2개의 독립 공간인 제1 수용실과 제2 수용실, 및 상기 제1 수용실, 상기 제2 수용실을 각각 연통시키는 발광 구멍과 수광 구멍을 포함하고, 상기 제1 수용실은 상기 발광 칩을 수용하고, 상기 발광 구멍은 상기 발광 칩의 상측에 위치하며, 상기 제2 수용실은 상기 수광 칩을 수용하고, 상기 수광 구멍은 상기 수광 칩의 상측에 위치하는 커버;
상기 제1 수용실 및 상기 발광 구멍에 형성되고, 상기 발광 칩을 덮으며, 상기 발광 구멍에 근접한 곳에 제1 집광층이 설치되어 있는 제1 패키징 수지; 및
상기 제2 수용실에 형성되고, 상기 수광 칩을 덮으며, 상기 수광 구멍에 근접한 곳에 제2 집광층이 설치되어 있는 제2 패키징 수지;
를 포함하는 집광구조를 가진 광학모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제1 집광층의 외부를 향한 표면은 오목한 호(弧)형상의 구조인, 집광구조를 가진 광학모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제2 집광층의 상기 수광 구멍에 대응하는 표면은 돌출된 호형상의 구조인, 집광구조를 가진 광학모듈. - 제1항에 있어서,
상기 커버는 탑플레이트 및 상기 탑플레이트와 상기 기판 사이에 위치하는 프리성형부재로 구성되며, 상기 탑플레이트에 상기 발광 구멍 및 상기 수광 구멍이 형성되어 있으며, 상기 프리성형부재에 상기 제1 수용실, 제2 수용실이 형성되어 있는, 집광구조를 가진 광학모듈. - 제4항에 있어서,
상기 프리성형부재의 제1 수용실의 측면 에지에 내부에서 외부로 점차적으로 확장되는 제1 도광층이 설치되어 있는, 집광구조를 가진 광학모듈. - 제4항에 있어서,
상기 탑플레이트의 발광 구멍의 측면 에지에 내부에서 외부로 점차적으로 확장되는 제2 도광층이 설치되어 있는, 집광구조를 가진 광학모듈. - 프리성형부재를 기판 상에 형성하는 단계;
상기 기판에 발광 영역 및 수광 영역을 정의하는 단계;
발광 칩 및 수광 칩을 상기 기판의 발광 영역 및 수광 영역에 전기적으로 연결하는 단계;
탑플레이트를 상기 프리성형부재 상에 고정 설치하는 단계; 및
상기 프리성형부재 내에 제1 패키징 수지 및 제2 패키징 수지를 충전하여, 각 상기 패키징 수지가 상기 발광 칩과 상기 수광 칩의 상측을 각각 덮게 하는 단계;
를 포함하는 집광구조를 가진 광학모듈의 패키징 방법. - 제7항에 있어서,
몰드프레싱(mould pressing) 공정을 이용하여, 제1 수용실, 제2 수용실 및 제1 도광층을 가진 프리성형부재를 형성하는 단계를 더 포함하는 집광구조를 가진 광학모듈의 패키징 방법. - 제7항에 있어서,
몰드프레싱 공정을 이용하여, 발광 구멍 및 수광 구멍을 가진 탑플레이트를 형성하는 단계를 더 포함하는 집광구조를 가진 광학모듈의 패키징 방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1 패키징 수지의 표면에 오목한 호형상의 구조인 제1 집광층을 형성하는 단계, 및 상기 제2 패키징 수지의 표면에 돌출된 호형상의 구조인 제2 집광층을 형성하는 단계를 더 포함하는 집광구조를 가진 광학모듈의 패키징 방법.
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