TW201403831A - 嵌入式非透鏡透光封裝的光學裝置 - Google Patents
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Abstract
一種嵌入式非透鏡透光封裝的光學裝置，包含具有隔間及開孔的封裝架，該隔間內設置感測器晶粒，該開孔被嵌入該封裝架的非透鏡透光片封住。此封裝結構可避免懸浮微粒或其他的污染物附著到該感測器晶粒上，亦可簡化組裝工序，因而同時提高可靠度及降低成本。
Description
本發明係有關一種光學裝置，特別是關於一種光學裝置的封裝結構。
在光學感測器的應用中，通常會在光學路徑上安排透鏡聚光，例如美國專利公開號2005/0093825係在光學感測器的載具上形成透鏡結構，不過此技藝未密封感測器晶粒，因此懸浮微粒或其他的污染物很容易附著到感測器晶粒的感光面上，導致感測能力變差，而且感測器晶粒脆弱不適合擦拭，因此也不易進行故障排除。為了保護感測器晶粒，習知技藝使用各種封裝結構密封感測器晶粒，只在封裝結構上留下通光孔，稱為開孔，例如美國專利公開號2006/0256086及日本專利申請案特開平10-267647及特開2000-322989使用具有透鏡結構的殼體覆蓋在感測器晶粒的上方，美國專利號6967321使用具有透鏡結構的殼體堵住開孔，但這些技藝需要極高精度的封裝組件才能讓透鏡結構產生需要的聚光效果，美國專利號7326932直接在晶圓上貼附具有光學折射面的蓋子，美國專利號7365364使用半導體製程在感測器晶粒上製作介電層及導體層，再貼附玻璃板，此二技藝需要更高精度的製程，完成後的結構更脆弱，而且必須配合在感測器晶粒的製程中施行，美國專利號7050043將透鏡貼在開孔上，雖然降低封裝組件的精度及成本，但需要額外的光學對準工序，透鏡也容易脫落，而且在組合透鏡與封裝架時容易造成懸浮微粒或其他
的污染物附著到感測器晶粒的感光面上。實際上在某些應用中，例如用來偵測人體接近的感測器，並不需要透鏡。舉例來說，在手機聽筒內的感測器偵測到使用者接聽電話之後貼近聽筒就會暫時關閉螢幕，這種應用便不需要透鏡聚光。但因為不需要透鏡而不密封感測器晶粒，會增加感測器故障的風險。
另一方面，因為光學感測器本身的硬體限制或應用所需，某些情況下可能需要衰減光線的強度或過濾出特定頻帶的光線，傳統的方法只能額外增加濾光片，因此增加成本，也增加光學路徑誤差的風險。
本發明的目的之一，在於提出一種嵌入式非透鏡透光封裝的光學裝置。
本發明的目的之一，在於提出一種可防止遭污染的光學裝置。
本發明的目的之一，在於提出一種光學裝置的高可靠度封裝結構。
本發明的目的之一，在於提出一種簡化組裝工序的光學裝置。
根據本發明，一種嵌入式非透鏡透光封裝的光學裝置，包含具有隔間及開孔的封裝架(package frame)，該隔間內設置感測器晶粒，該開孔被非透鏡透光片嵌入該封裝架封住。
該非透鏡透光片嵌入該封裝架而封住該開孔，因此能避免懸浮微粒或其他的污染物附著到該感測器晶粒的感光面上
。
該非透鏡透光片係嵌合在該封裝架上，因此不易脫落。
由於不使用透鏡，因此不需要光學對準工序。
圖1係第一實施例的示意圖，根據本發明的光學裝置包含封裝架10，例如導線架(leadframe)，其具有隔間12，且在隔間12的穹頂處有開孔14，感測器晶粒16固定在隔間12內且對著開孔14，非透鏡透光片18在開孔14處嵌入封裝架10，其以至少部分封住開孔14。因為將感測器晶粒16密封在隔間12內，所以此封裝結構能避免懸浮微粒或其他的污染物附著到感測器晶粒16的感光面上。較佳者，開孔14的口徑僅略大於感測器晶粒16的尺寸，因此可儘量減少雜光干擾感測器晶粒16。因為非透鏡透光片18係嵌入封裝架10，所以此光學裝置可以耐受較大的外力衝擊及震動，非透鏡透光片18也不易脫落。較佳者，非透鏡透光片18使用硬度較高的材料製作，因此非透鏡透光片18可以承受擦拭以排除其上附著的微粒或污染物，亦可在非透鏡透光片18上施加清潔劑以去除污漬。較佳者，非透鏡透光片18係玻璃或塑膠。較佳者，非透鏡透光片18係預先嵌合在封裝架10上，因此不致為了封住開孔14而將懸浮微粒或其他的污染物附著到感測器晶粒16的感光面上。需要注意的是，因應不同的設計，開孔可有許多不同的實施方式，例如有時開孔附近的隔間部份會向上隆起，而突出於隔間上方等等，亦可適用本發明。
感測器晶粒16可以藉打線或凸塊接合的方式安裝在封裝
架10上，這些是習知技術，所以線路的細節未在圖1中繪示，以下的實施例亦同。
在一實施例中，非透鏡透光片18至少部分掺有光致變透光率材料，此類材料遇到特定波長的光線時，會因應光線強度產生不同的透光率，例如氣化銀(AgCl)或者溴化銀(AgBr)在具有紫外光的環境下，會隨著光線增強而變暗，使透光率下降。因此在穿過非透鏡透光片18的光線強度較高時，非透鏡透光片18的透光率會降低，以維持感測器晶粒16取得清晰的影像或避免感測器晶粒16飽和。
在一實施例中，非透鏡透光片18至少部分掺有濾光材料，僅讓特定波長的光線通過。濾光材料有許多實施方式，其中一種為參雜染料，例如參染了藍色材料時，光線通過時僅會射出藍色光線，而其他的色光大部分都會被吸收，因此可濾出需要的光線，當參染了黑色染料時，便可使例如紅外光或紫外光通過。
圖2係第二實施例的示意圖，其係在圖1的實施例增加濾光層20，以濾除不需要的雜光，只允許通過需要的光源，例如紅外光或紫外光。較佳者，濾光層20係塗佈或鍍在隔間12的外部，如圖2中所示。這有一個額外的優點，相同的封裝組件可以適用在不同的應用頻帶，只要在組裝完成後施加不同的濾光層20即可。在其他實施例中，亦可將非透鏡透光片30先塗佈或鍍上濾光層20，再嵌入封裝架10。
圖3係第三實施例的示意圖，其係在非透鏡透光片18上鍍一層電子控制透光率材料22，例如電控變色材料、液晶材料
等等。液晶材料在施加不同程度的電壓時，其液晶分子會以不同角度排列，藉此改變透光率。另外例如電控變色材料也有許多選擇，例如無機材料的氧化鎢、氧化鎳，或者有機材料的Viologens、Conducting polymers、Metallopolymers、Metallophthaloyanines等等。導線24連接在電子控制透光率材料22及封裝架10之間，透過導線24施加電子信號(電流或電壓)到電子控制透光率材料22，以控制其透光率。此實施例可以主動控制經過開孔14的透光率，因此有更寬廣且更彈性的應用，例如，可以根據感測器晶粒16的感測需求動態調整透光率，例如避免感測器晶粒16飽和，或調整不同感測區域接收到的光線強度。
圖4係第四實施例的示意圖，除了前述的結構以外，封裝架10還包含另一隔間26及開孔28，其結構與先前描述的實施例相同，隔間26內安裝發光元件30，例如發光二極體，非透鏡透光片32在開孔28處嵌入封裝架10，其以至少部分封住開孔28。此實施例展示一個微型化的光學模組，可以應用在例如光學滑鼠或偵測人體接近的用途上。發光元件30的光線經過非透鏡透光片32投射到物體表面34，被反射後經過非透鏡透光片18投射到感測器晶粒16，從感測器晶粒16取得的影像可辨識光學滑鼠的移動或人體接近。
圖5係第五實施例的示意圖，除了前述的結構以外，還包含另一電子控制透光率材料36覆蓋在非透鏡透光片32上，以及導線38連接在電子控制透光率材料36及封裝架10之間，透過導線38施加電子信號(電流或電壓)到電子控制透光率材料
36，以控制其透光率。除了前述的應用以外，此微型化的光學模組還可藉著調變電子控制透光率材料36及22的透光率來調變感測器晶粒16接收的光線，進而強化光學感測。
本發明的嵌入式非透鏡透光封裝不但可避免懸浮微粒或其他的污染物附著到感測器晶粒上，也可以簡化組裝工序，尤其是能夠排除光學對準，因此可以達到高可靠度、低成本的光學裝置。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10‧‧‧封裝架
12‧‧‧隔間
14‧‧‧開孔
16‧‧‧感測器晶粒
18‧‧‧非透鏡透光片
20‧‧‧濾光層
22‧‧‧電子控制透光率材料
24‧‧‧導線
26‧‧‧隔間
28‧‧‧開孔
30‧‧‧發光元件
32‧‧‧非透鏡透光片
34‧‧‧物體表面
36‧‧‧電子控制透光率材料
38‧‧‧導線
圖1係根據本發明的第一實施例的示意圖；圖2係根據本發明的第二實施例的示意圖；圖3係根據本發明的第三實施例的示意圖；圖4係根據本發明的第四實施例的示意圖；以及圖5係根據本發明的第五實施例的示意圖。
10‧‧‧封裝架
12‧‧‧隔間
14‧‧‧開孔
16‧‧‧感測器晶粒
18‧‧‧非透鏡透光片
Claims (8)
- 一種嵌入式非透鏡透光封裝的光學裝置，包含：封裝架，具有隔間及開孔；感測器晶粒，固定在該隔間內，感測透過該開孔進入該隔間內的光線；以及非透鏡透光片，在該開孔處嵌入該封裝架，以至少部份封住該開孔。
- 如請求項1之嵌入式非透鏡透光封裝的光學裝置，其中該非透鏡透光片至少部分掺有光致變透光率材料，以使該開孔處具有不均勻的透光率。
- 如請求項1之嵌入式非透鏡透光封裝的光學裝置，其中該非透鏡透光片至少部分掺有濾光材料，以使該開孔處具有不均勻的透光率。
- 如請求項1之嵌入式非透鏡透光封裝的光學裝置，其中該非透鏡透光片更包含濾光層。
- 如請求項1之嵌入式非透鏡透光封裝的光學裝置，其中該非透鏡透光片更包含電子控制透光率材料。
- 如請求項1之嵌入式非透鏡透光封裝的光學裝置，其中該非透鏡透光片包含玻璃或塑膠。
- 如請求項1之嵌入式非透鏡透光封裝的光學裝置，其中該封裝架更包含另一隔間以容置一發光元件，其中該發光元件用以發射該光線至一工作面以反射後抵達該感測器晶粒。
- 如請求項7之嵌入式非透鏡透光封裝的光學裝置，其中該另一隔間具有另一開孔以及另一非透鏡透光片，該另一非透鏡透光片至少部份封住該另一開孔，並包含電子控制透光率材料。
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