TW201432917A - 包含特徵以幫助減少雜光及／或光學串擾之光電模組 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示可製造於一晶圓級程序中之光電模組，其等包含安裝於一基板之上或內之發光及/或光感測器件。可包含各種特徵以幫助減少光學串擾之發生且幫助阻止來自雜光之干涉之該等模組可用於廣泛應用中，其等包含醫學及與健康相關之應用。例如，執行對人體之一量測可包含使該人體之一部分與該光電模組之一外表面直接接觸且使用一差動光學吸收光譜學技術來獲得該人體之一身體狀況之一指示。
Description
本發明係關於光電模組(諸如感測器模組)，且特定言之，本發明係關於微型化感測器模組之封裝及製造。
各種類型感測器廣泛用於物理學、化學及工程學中且發現用於廣泛應用中，其等包含消費型電子產品及醫學器件以及其他。此等感測器之一些使用光學信號來感測或量測受關注參數，例如壓力、距離、溫度或組成。
在諸多應用中，期望提供特別小感測器。此外，大體上需要特別精確及靈敏感測器。在設計小光學感測器中，(例如)需要經常解決電干涉、光學串擾及信雜比問題。在一些光學感測器中存在光學干涉之各種潛在來源：外部(例如陽光、室內照明、意外目標)及內部(例如該光學感測器之子組件之間之光學串擾)。外部干涉有時可經壓制或減少作為信號處理之部件。另一方面，內部干涉可更難以管理，尤其在該感測器安裝於一透明或半透明罩蓋之後使得反射自該罩蓋之光之強度可在量值上類似於受關注信號之應用中。
在一些實施方案中，本發明所揭示之光電模組可幫助減少雜光、光學干涉及/或串擾，且可改良信雜比。
下文更詳細地描述該等模組之實例，且隨附申請專利範圍中闡述本發明之各種態樣。一般而言，可製造於一晶圓級程序中之模組包含安裝於一基板之上或內之光電器件(例如發光及/或光感測器件)。該等模組包含可幫助減少光學串擾之發生且幫助阻止來自雜光之干涉之各種特徵。亦描述製造該等模組之方法。
該等模組可用於廣泛應用中，其等包含醫學及與健康相關之應用。例如，在人體上執行一量測之一方法可包含使人體之一部分與該光電模組之一外表面直接接觸以當該人體之該部分與該模組之上部外表面接觸時提供具有一第一波長之自該模組發射之光至該人體之該部分，且當該人體之該部分與該模組之上外表面接觸時由該模組偵測進入該模組之由該人體之該部分反射之光。基於由該模組偵測之光之資訊係經處理以提供該人體之一身體狀況之一指示。
在一些實施方案中，處理該資訊可包含使用差動光學吸收光譜學技術。自該模組發射之光可具有展現低散射或吸收之一或多個離線波長及展現強散射或吸收之一或多個線上波長。該方法可包含使用自該模組發射之光照射該人體之該部分且量測光吸收之變化。
該等模組亦可用於其他類型應用。
附圖及【實施方式】闡述一或多個實施方案之細節。自【實施方式】及圖式及自該等申請專利範圍將明白其他態樣、特徵及優點。
20‧‧‧光電模組
20A‧‧‧模組
20B‧‧‧模組
20C‧‧‧模組
20D‧‧‧模組
20E‧‧‧模組
22‧‧‧第一發光元件/發光元件/組件/發光部件/主動光學組件/
發光部分
24‧‧‧第二發光元件/發光元件/主動光學組件/發光部分
26‧‧‧光感測元件/組件/主動光學組件/光接收部分
28‧‧‧基板
30‧‧‧分離部件
32‧‧‧透明罩蓋玻璃/罩蓋玻璃/罩蓋晶圓/罩蓋
33‧‧‧第一區域/透明區域
34‧‧‧焊球
35‧‧‧不透明第二區域/第二區域/區域/第二阻光區域
36‧‧‧印刷電路板
37‧‧‧內部垂直壁
38‧‧‧積體電路/處理單元
40‧‧‧基板晶圓
42‧‧‧間隔件晶圓
44‧‧‧罩蓋晶圓
50‧‧‧透明玻璃晶圓/透明罩蓋玻璃
52‧‧‧開口
54‧‧‧複製工具
56‧‧‧開口
58‧‧‧複製材料
60‧‧‧部分/分離部件部分
66‧‧‧光學部件
68‧‧‧阻光部分/阻光元件
70‧‧‧透明部分/透明區域
72‧‧‧透鏡/光塑形元件
74‧‧‧阻光元件
76‧‧‧空穴
100‧‧‧光體積描記圖感測器/感測器
104‧‧‧人體之部分/食指
x‧‧‧方向
y‧‧‧方向
z‧‧‧方向
圖1係一光電模組之一實例之一剖面圖。
圖2係用於形成用於製造如圖1中所展示之多個模組之一晶圓堆疊之晶圓之一剖面圖。
圖3A及圖3B係繪示形成該等光電模組之罩蓋之一方法的剖面圖。
圖4A至圖4D係繪示形成該等光電模組之罩蓋之另一方法的剖面
圖。
圖5係一光電模組之另一實例之一剖面圖。
圖6係一光電模組之又一實例之一剖面圖。
圖7係一光電模組之又一實例之一剖面圖。
圖8係一光電模組之又一實例之一剖面圖。
圖9係一光電模組之又一實例之一剖面圖。
圖10繪示併入一光電模組之一生物測定感測器之一實例。
如圖1中所繪示，一光電模組20容置多個主動光學組件，其等包含一第一發光元件22、一第二發光元件24及一光感測元件26。發光元件22、24之實例包含LED、OLED及雷射晶片。光感測元件26之實例包含光電二極體及影像感測器。光感測元件26可經配置以感測由第一發光元件及第二發光元件22、24發射之波長處或波長範圍內之光。發光元件22、24可發射具有相同波長及不同波長之光。例如，在一些實施方案中，第一發光元件22發射該光譜(例如約600奈米)之紅色部分中之光，而第二發光元件24發射該光譜(例如在約700奈米至1100奈米範圍內)之紅外線(IR)或近紅外線部分中之光。不同波長或波長範圍可用於其它實施方案中。
模組20包含沿垂直方向彼此堆疊之若干組分。在圖1之實例中，模組20包含一基板28、一分離部件30及一實質上透明罩蓋玻璃32。基板28可為(例如)一印刷電路板總成(PCB)。發光元件22、24及光感測元件26安裝於基板28上，發光元件22、24及光感測元件26之光學軸由分離部件30之垂直壁彼此分開。因此，分離部件30橫向環繞發光元件22、24及光感測元件26之各者。
發光元件22、24及光感測元件26之電接觸件電連接至外部模組20，其中焊球34附接至外部模組20。一些實施方案包含該等發光及光
感測元件之各者之多個(例如兩個)電接觸件。代替焊球34，一些實施方案包含基板28上之接觸墊，其之後可具有焊球。
可(例如)使用表面安裝科技(SMT)將模組20鄰近其他電子組件安裝於一印刷電路板36上。印刷電路板36可為一電子器件之一組件，諸如一生物測定或其他光電感測器。模組20尤其適合於此等應用，此係因為其可使用晶圓級製造技術製造以具有一特別小尺寸且可大量生產。由印刷電路板36使其與模組20可操作地互連之一積體電路38(諸如一控制單元或控制器晶片)亦可安裝至印刷電路板36。積體電路38可評估來自於模組20之信號及/或提供控制信號至模組20。
分離部件30可完成一項實施方案中之若干任務。其可幫助保證基板28與罩蓋玻璃32之間之一明確界定距離(穿過其垂直延伸)，以達成穿過罩蓋玻璃32之自發光元件22、24及穿過罩蓋玻璃32之自模組20之外部至光感測元件26之明確界定之光徑。分離部件30亦可幫助提供對光感測元件26之保護以免受自模組20之外部之不應被偵測之光之侵害。分離部件30亦可幫助提供對光感測元件26之保護以免受由發光元件22、24發射之不應到達該光感測元件之光之侵害以減少光學串擾。此外，可阻止在模組20內部反射之光及源於發光元件22、24之雜光到達光感測元件26。可(例如)藉由形成對於由光感測元件26大體上可偵測之光係實質上不透明之一材料之分離部件30而達成此保護。若模組20含有一個以上發光元件，則該等發光元件可放置於不同腔中或可放置於一共同腔中。同樣，在一些實施方案中，為多個發光元件提供一共同光塑形元件(例如透鏡)。
罩蓋32主要係由對於由發光元件22、24發射之光及由光感測元件26偵測之光係透明之第一區域33組成。罩蓋32亦包含嵌設於透明區域33中之第二阻光區域35。第二區域35設置於分離部件30之內部垂直壁37之上且大體上與分離部件30之內部垂直壁37對準，且係由對於由
發光元件22、24發射之光及由光感測元件26偵測之光係實質上不透明之一材料組成。區域35可幫助減少光學串擾及其他非所要光信號之光光感測元件26之偵測。
不透明第二區域35沿該垂直方向(即沿該z方向)至少部分延伸穿過罩蓋32以幫助減少光學串擾。例如，在所繪示之實例中，不透明第二區域35自罩蓋32之底部表面(即鄰近分離部件30之頂部表面之罩蓋32之表面)垂直延伸朝向其頂部表面。雖然，可期望在一些實施方案中不透明第二區域35幾乎垂直延伸至罩蓋32之頂部，但在隨後處置及處理期間為了結構穩定性可允許殘留少量透明材料。因此，在所繪示之實例中，區域35並非一路延伸至罩蓋32之頂部表面。不透明第二區域35亦可實質上延伸穿過罩蓋32之整個寬度(即沿y方向)。
在一些實施方案中，罩蓋32之不透明區域35由一聚合物材料(例如一可硬化(例如可固化)聚合物材料(諸如環氧樹脂))組成。區域35可由(例如)含有碳黑以使其等具有對於該等所要波長之光係實質上不透明之環氧樹脂。例如，在一些實施方案中，區域35可由含有碳黑或其他黑色顏料之一UV固化環氧樹脂或熱固化環氧樹脂製成。在一些實施方案中，該碳黑嵌入該環氧樹脂中。該環氧樹脂中之碳黑之數量可取決於特定應用且可取決於(例如)區域35之所要或所需光學特性。因此，在一些實施方案中，為了減少光學串擾或由光感測元件26偵測之其他非所要光，區域35可由含有至少0.7%碳黑之一UV固化環氧樹脂或熱固化環氧樹脂支撐，雖然在一些實施方案中，一較低數量碳黑可為足夠的。
可(例如)依據該等區域之橫向厚度來調整罩蓋32之區域35之環氧樹脂中之碳黑之最佳或所要百分比。例如，在一些實施方案中，該橫向厚度約200微米，且該環氧樹脂材料含有約至少0.8%碳黑。就具有800奈米之一波長之光而言，前述組成可導致每微米約0.0295之一吸
收係數(α)。一般而言，針對一橫向厚度d之透射T=10-α*d。因此，在該前述實例中，穿過區域35之透射(T)可小於0.00015%，其對應於約5.8之一吸收度或光學密度，其中該吸收度表示落於一材料上之輻射之數量相對於透射穿過該材料之輻射之數量之一對數比。在一些應用中，碳黑之數量足夠高，使得具有由發光元件22、24發射之光之波長之透過該橫向厚度之光之透射(T)不大於0.1%。同樣，在一些應用中，碳黑之數量足夠高，使得具有由發光元件22、24發射之光之波長之區域35之吸收度或光學密度至少係3。在一些實施方案中，區域35在由發光元件22、24發射之光之波長處針對大約200微米之橫向厚度係具有至少0.015/微米之一吸收係數(α)。
各種基於樹脂之環氧樹脂材料可用作為阻光區域35之基底材料，其中添加一或多個顏料或其他黏著劑以減少具有受關注波長之該等光學透射特性。此等基底材料之實例包含以下之一或多者：可自Electronic Materials公司購得之EMCASTTM(例如23xx、24xx、25xx及2600系列)；可自Master Bond公司購得之MASTERBONDTM(例如UV15-7DC、UV1ODCTK)；可自DELO Industrial Adhesives公司獲得之DELO-DUALBONDTM(例如AD VE 80342)；可自Addison Clear Wave獲得之AC A1449；可自Epoxy Technology公司購得之EPOTEK OG198-54；及LOCTITE334,392,5091。該等前述材料之一些係雙固化(即，可由UV光固化及熱固化)。
用於罩蓋32之阻光區域35之上文所描述之該等材料亦可用於分離部件30。因此，在一些實施方案中，阻光區域35及分離部件30由相同材料組成。
在一些實施方案中，罩蓋32之透明區域33為選擇性透明。例如，其等可由對由發光元件22、24發射之光具有高透射性之材料製成或塗布，且同時，其等可對一些或所有其他波長(尤其對環境光(如陽
光))具有反射性或吸收性。此可改良該信雜比。
如圖1中所繪示，模組20係一封裝光電組件。模組20之該等垂直側壁由基板28、分離部件30及罩蓋32形成。一底壁由基板28形成，且一頂壁由罩蓋32形成。基板28、分離部件30及罩蓋32之各者可實質上相同橫向形狀及橫向尺寸，其等可有利於製造此等模組20之一高效方法。
光電組件(即發光元件22、24及光感測元件26)可為封裝或未封裝電子組件。為了接觸基板28，可使用科技，諸如引線接合或覆晶科技或其他已知表面安裝科技，習知通孔科技亦可。
圖2展示用於形成用於製造圖1中所展示之多個模組20之一晶圓堆疊之晶圓之一示意截面圖。一般而言，一晶圓係指一實質上類似圓盤或盤子形狀之物品，其沿一方向(z方向或垂直方向)之延伸相對於其沿另兩個方向(x及y方向或橫向方向)之延伸較小。在一(非空白)晶圓上，複數個類似結構或物品可配置或設置於其中(例如一矩形網格上)。一晶圓可具有開口或孔洞，且在某些情況下，一晶圓在其橫向區域之一主要部分中可不含材料。依據該實施方案，一晶圓可由(例如)一半導體材料、一聚合物材料、包括金屬及聚合物或聚合物之一複合材料及玻璃材料製成。該等晶圓可包括可硬化材料，諸如一熱固化或UV固化聚合物。在一些實施方案中，一晶圓之直徑介於5釐米與40釐米之間且可介於(例如)10釐米與31釐米之間。該晶圓可為具有2英寸、4英寸、6英寸、8英寸或12英寸(一英寸約為2.54釐米)之一直徑之圓柱。該晶圓厚度可(例如)介於0.2毫米與10毫米之間，且在某些情況下該晶圓厚度介於0.4毫米與6毫米之間。不同材料及尺寸可適於其他實施方案。
在圖2之實例中，使用三個晶圓來產生用於製造多個模組20之一晶圓堆疊。雖然圖2僅展示提供三個模組20，但在一些實施方案中，
可提供一晶圓堆疊中之沿各橫向方向之至少十個模組，且在某些情況下，沿各橫向方向至少三十個或甚至五十個或五十個以上模組。如圖2中所展示，該堆疊包含一基板晶圓40、一間隔件晶圓42及一罩蓋晶圓44。各晶圓包括包括於對應模組20中之大量對應部件，其等按距彼此一小段距離配置於(例如)一矩形柵格上以有利於一隨後分離(例如切割)步驟。
基板晶圓40可為(例如)一側具有焊球34及焊接至另一側之光電組件(即發光及光感測元件22、24、26)之包括標準PCB材料之一印刷電路板之一PCB總成。例如，可藉由使用標準取放機器之取放而將後者放置於基板晶圓40上。
罩蓋晶圓44可以各種方式形成。例如，如圖3A中所展示，一實質上透明玻璃晶圓50可經結構化(例如藉由蝕刻、切割或研磨)以形成對應於不透明(阻光)區域35之位置之開口52。接著，使用黑色環氧樹脂或其他不透明材料來至少部分(但較佳地實質上全部)填充開口52以形成阻光區域35(如圖3B中所展示)。
接著，(例如)使用一黏著材料使晶圓40、42、44附接至彼此以形成該晶圓堆疊。該晶圓堆疊隨後可分離(例如藉由切割)成個別模組20。
在一替代晶圓級製造技術中，分離部件30由相同材料形成且形成於與嵌入於罩蓋32中之阻光區域35相同之處理步驟中。該分離部件可由(例如)複製形成，該複製係指再製(例如藉由蝕刻、浮凸或模製)一給定結構(或其一負片)之一技術。在一些複製技術中，一液體、黏性或塑性變形材料填充一複製工具之部分，接著，(例如)藉由使用紫外線輻射或加熱來固化而硬化該材料，且該複製結構自該複製工具移除。因此，獲得結構化表面之一複製品(其在此情況下係一複製負片)。用於複製之適合材料係(例如)可硬化(例如可固化)聚合物材料或
其他複製材料(即在一硬化或凝固步驟(例如一固化步驟)中可自一液體、黏性或塑性變形狀態轉換成一固體狀態之材料)。
圖4A至圖4D中繪示用於形成與嵌入式阻光區域35之材料及處理步驟相同之分離部件之一晶圓級複製處理之一實例。如圖4A中所展示，一透明玻璃晶圓50在其表面之一者中具有開口52。開口52對應於阻光區域35之位置。提供一複製工具54且複製工具54在其表面之一者中包含垂直開口56。開口56對應於該等分離部件之位置。如圖4B中所展示，透明玻璃晶圓50及複製工具54彼此接觸。複製工具54中之一些開口56與玻璃晶圓50中之開口52對準，而複製工具54中之其他開口56不與玻璃晶圓50中之開口52之任一者對準。接著，如圖4C中所展示，開口52及56實質上由一複製材料58(其接著硬化(例如固化))填充。複製材料58之材料可經選擇(例如)使得當硬化時其對於由發光元件22、24發射或由光感測元件26感測之光之波長係實質上不透明。該複製之一實例係環氧樹脂(諸如碳黑)。接著，複製工具54與透明罩蓋玻璃50分開，透明罩蓋玻璃50包含由複製材料58形成之嵌入式阻光區域35。延伸超出罩蓋玻璃32之表面之硬化複製材料之部分60對應於分離部件(例如圖1中之分離部件30)。延伸自罩蓋32之表面之分離部件不分60可附接至基板晶圓(其包含安裝於該基板之內或之上之光電器件)以形成包含具有嵌入式阻光區域35之罩蓋晶圓32之一晶圓堆疊。該晶圓堆疊可被分開(例如切割)以形成個別模組20(如圖1中所展示)。
在另一替代實施方案中，可使用一複製技術以直接於一基板晶圓上形成該等分離部件，其中光電器件安裝於該基板晶圓之上或之內。接著，包含嵌入式阻光區域之一罩蓋晶圓附接至該等分離部件以形成一晶圓堆疊。該等複製分離部件可由如上文所描述之一阻光材料組成。由係該分離部件之部分之各自分隔件將該等光電器件之相鄰者彼此分開。該晶圓堆疊可被分開(例如分割)以形成個別模組20(如圖1
中所展示)。
雖然圖1之所繪示之模組20不包含被動光學組件，但其他實施方案可包含被動光學組件。例如，圖5繪示類似於圖1之模組20但亦包含被動光學組件之一模組20A之另一實例。該等被動光學組件可重新導向折射及/或衍射及/或反射之光且可包含(例如)一透鏡、一稜鏡、一反射鏡或一光學系統(例如可包含機械元件(諸如孔徑欄、影像螢幕或固持器)之被動光學組件之一集合)。在一些實施方案中，該等透鏡可進一步改良串擾之減少(例如藉由將雜光導離該光電二極體)及/或可選擇經量測之物件之感測深度/面積。
如圖5中所繪示，模組20A包含具有阻光部分68之一光學部件66及用於允許由發光組件22、24發射之光離開模組20A且用於允許光自外部模組20A進入且達到光感測組件26之透明部分70。阻光部分68對於大體上可由光感測組件26偵測之光係實質上不透明，例如由一適合(聚合物)材料製成。被動光學元件(諸如用於光導或光塑形之透鏡72)可設置於各透明部分70之一或兩個表面上。
一晶圓級程序中可同時製造多個模組20A。在將該等晶圓(即基板晶圓、分離晶圓、光學晶圓及罩蓋玻璃晶圓)附接在一起以形成一晶圓堆疊之後，該晶圓堆疊被分開(例如藉由切割)以形成個別模組20A。
一些實施方案既不包含一分離部件30亦不包含被動光學元件(諸如透鏡72)。相反，如圖6之示例性模組20B中所展示，罩蓋玻璃32可直接附接至基板28，基板28承載該等主動光學組件(例如發光元件22及光感測元件26)。實質上透明之罩蓋32包含如上文所描述之一嵌入式實質上不透明區域35。可如上文所論述形成嵌入於罩蓋32之一區域中以減少組件22與26之間之雜光及/或光學串擾之不透明區域35。
模組20、20A及20B係包含允許光離開及/或進入該模組之實質上
透明之罩蓋且包含一或多個嵌入式不透明區域以減少雜光及/或光學串擾之光電模組之實例。包含此一罩蓋之其他模組之細節可不同。例如，一些模組可包含不同數量個發光或光感測元件(例如一單一發光元件及一單一光感測元件；或多個發光元件及多個光感測元件)。
光電模組之一些實施方案可不包含罩蓋玻璃32。然而，為了幫助減少該等主動光學組件之間之雜光及/或光學串擾，阻光元件可浮凸於該模組之頂面上。如(例如)圖7中所展示，一模組20C包含基板28、分離部件30及光學部件66。浮凸的阻光元件74設置於光學部件66之阻光部分68上。在此實例中，可為凸狀之阻光元件74突出或延伸略微超出光學部件66之上表面。阻光元件74可由(例如)與該等光學部件之阻光元件68相同之材料組成。
圖8繪示不包含罩蓋玻璃32之一模組20D之另一實例。模組20D包含基板28、分離部件30及光學部件66。光塑形元件(例如透鏡)72設置於光學部件66之透明區域70之上表面及下表面上且分別與主動光學組件22、24、26對準。在此實例中，可為凸狀之光塑形元件72突出或延伸略微超出光學部件66之上表面。
該等光電模組之一些實施方案不包含罩蓋玻璃32或光學部件66。在該情況下，如如9中所展示，分離部件30之上表面可充當模組20E之上表面。如上文所描述，分離部件30之垂直側壁可幫助減少主動光學組件22、24、26之間之雜光及光學串擾。此外，為了保護主動光學組件22、24、26，可使用一固體透明材料(即對於由主動光學組件22、24、26發射及感測之光之波長係實質上透明之一材料)來填充(或實質上填充)含有該等主動光學組件之空穴76。
一晶圓級程序中可同時製造多個模組20C、20D或20E。在將該等晶圓附接在一起以形成一晶圓堆疊之後，該晶圓堆疊被分開(例如藉由切割)以形成該等個別模組。
上文所描述之該等模組可用於廣泛應用中，尤其用於基於差動光學吸收光譜學(DOAS)之應用。在此等應用中，使用展現低散射或低吸收之一或多個離線波長及展現強散射或強吸收之一或多個線上波長以一反射方式來執行光譜學。可使用該等離線波長與該等線上波長之間之差動信號來執行該光譜學。上文所描述之該等模組可尤其對採用DOAS原理之醫學應用之量測有用。
圖10繪示一光學感測器之一實例，在此情況下，一光體積描記圖(PPG)感測器100，其係使用DOAS技術之生物測定感測器之一類型。感測器100包含如上文所描述之一光電模組(例如模組20、20A、20B、20C、20D或20E)。可藉由使用照射皮膚且量測光吸收之變化之一脈搏血氧儀來獲得一PPG。一習知脈搏血氧儀監測至皮膚之真皮及皮下組織之血液之灌注。隨著各心跳週期心臟將血液泵送至周邊。儘管此壓力脈搏在其到達皮膚時會稍微減弱，但其足以擴展該皮下組織中之動脈及小動脈。若該脈搏血氧儀在沒有壓緊皮膚之情況下被附接，則自靜脈叢亦可看見一壓力脈搏(作為一較小第二峰值)。藉由使用自一發光二極體(LED)之光照射皮膚且接著藉由量測透射或反射至一光電二極體之光之數量而偵測由該壓力脈搏引起之體積之變化。各心跳週期出現一峰值。因為可由其他生理系統來調節流動至皮膚之血液，因此該PPG亦可用於監測呼吸、低血容量及其他循環狀況。
如圖10中所展示，PPG感測器100包含發光部分22、24、用於在該光穿透人體之部分(例如一食指)104及人體之部分104反射該光之後偵測自該等發光部分發射之光之一光接收部分26。在一血氧感測器之一些實施方案中，發光部分22、24分別發射紅色光(例如660奈米)及IR光(例如850奈米-950奈米)。使用額外波長可改良信號品質(例如更高解析度更高靈敏度)或實現不同性質之量測。感測器100亦包含用以獲得與基於提供自光接收部分26之一量測值之該體積描記圖有關之資
訊之一處理單元38。
該PPG感測器基於穿透食指104之一紅外光或其他光束之強度之量測提供一非侵入性方法。例如，光可自該等發光部分(例如一LED)發射至按壓至該模組之上表面之指尖。在光接收部分26處偵測穿透活體組織之光及由該活體組織反射之光之強度。雖然吸收於生物組織或靜脈血液(即還原血紅蛋白Hb)中之光衰減之數量(即光吸收位準)係恒定的，但由動脈血液(即氧合血紅蛋白HbO2)吸收之光衰減之數量(即光吸收位準)基於根據歷時之人體之跳動(即脈搏)波動。因此，藉由使用活體窗口(即該光易於穿透該活體之一波長區域)可量測周邊動脈之吸收位準之一轉變且可量測該體積描記圖。
一脈搏血氧儀之量測原理通常係差動的，其意味著自該等光學信號(例如該紅色光及IR光信號)之功率之差異量測脈動及氧化。替代量測技術可用於其他實施方案中。例如，可採用添加劑或差動及添加劑信號技術之一組合。
如上文所指示，脈搏血氧儀之量測原理係基於對所發射及所接收之該等波長之選擇性控制。各種技術可用於波長選擇。在上文之該等實例中，具有不同材料組合物之發光元件(例如LED)22、24之固定波長提供不同波長。然而，在一些實施方案中，可使用不同或額外技術，諸如由外部穩定件(例如布拉格反射器)執行之波長控制、由外部濾波器之自該等LED發射之過濾、該發射側上或該接收器側上之一寬頻帶光源之過濾。
模組20、20A、20B、20C、20D及20E因此可應用於或整合為各種其他類型生物測定光電感測器應用(例如用於存取控制及安全之應用)，諸如用以獲得來自一人之驗證資料之一讀取器或掃描器。例如，在指紋生物測定應用中，採用該光學感測器以產生一指尖處之脊結構之一影像，且此影像充當進一步存取控制活動之基礎。
更一般而言，模組20、20A、20B、20C、20D及20E可整合為包含以下：一指紋掃描器、一視網膜掃描器、一手掌掃描器或經調適以掃描任何給定身體部分之一身體部分掃描器之任一者或一組合之其他類型生物測定感測器件。模組20、20A、20B、20C、20D及20E亦可用於醫學領域及健康領域以及其他領域之其他應用。
模組20、20A、20B、20C、20D及20E可為有利的，此係因為在一些實施方案中，該模組可經放置與該等量測待發生處之人體直接接觸(或非常緊密接觸)。例如，被檢查之病人之一食指(或其他身體部分)可直接放置於該模組之上部外表面上。因此，在圖1及圖5之實施方案中，病人之皮膚可與罩蓋玻璃32直接接觸。同樣，在圖7之實施方案中，該病人之皮膚可按壓至光學部件66之表面上，使得該皮膚之部分與阻光區域74接觸。類似地，在圖8之實施方案中，該病人之皮膚可緊貼光學部件66之表面，使得該皮膚之部分接觸光塑形元件72。在圖9之實施方案中，該病人之皮膚可緊貼分離部件30之上表面。該等前述配置藉由幫助將該光耦合進入該病人之身體之所要部分及藉由將該反射光耦合返回進入用於偵測之模組可有利於獲得與一病人之健康相關之身體性質之準確量測。
其他實施方案在該等專利申請範圍之範疇內。
20‧‧‧光電模組
22‧‧‧第一發光元件/發光元件/組件/發光部件/主動光學組件/發光部分
24‧‧‧第二發光元件/發光元件/主動光學組件/發光部分
26‧‧‧光感測元件/主動光學組件/光接收部分
28‧‧‧基板
30‧‧‧分離部件
32‧‧‧透明罩蓋玻璃/罩蓋/罩蓋玻璃/罩蓋晶圓
33‧‧‧第一區域/透明區域
34‧‧‧焊球
35‧‧‧不透明第二區域/第二區域/區域/第二阻光區域
36‧‧‧印刷電路板
37‧‧‧內部垂直壁
38‧‧‧積體電路/處理單元
x‧‧‧方向
y‧‧‧方向
z‧‧‧方向
Claims (46)
- 一種光電模組，其包括：一基板，其中複數個光電器件安裝於該基板之內或之上；該基板上之一罩蓋，其中該罩蓋包含分別與該複數個光電器件對準之第一區域，且其中該等第一區域對於由該等各自光電器件發射或感測之光之特定的一或多個波長係實質上透明，其中由嵌設於該罩蓋中之一各自第二阻光區域將該等第一區域之相鄰者之光學軸彼此分開，該第二區域對於該特定一或多個波長係實質上不透明。
- 如請求項1之光電模組，其中該等第一區域係由玻璃組成且其中該第二阻光區域係由環氧樹脂組成。
- 如請求項2之光電模組，其中環氧樹脂之該第二阻光區域含有碳黑。
- 如請求項1之光電模組，其中該第二阻光區域係由一UV固化或熱固化材料組成。
- 如請求項4之光電模組，其中該第二區域在該特定的一或多個波長處具有至少為3之一吸收度。
- 如請求項1之光電模組，其中安裝於該基板之內或之上之該複數個光電器件包含由一分離部件之一壁將其等光學軸彼此分開之一發光元件及一光感測元件，該分離部件佈置於該基板與該罩蓋之間；且其中嵌設於該罩蓋中之該第二阻光區域實質上與該分離部件之該壁對準。
- 如請求項6之光電模組，其進一步包含佈置於該罩蓋與該分離部件之間之一光學部件，該光學部件包含光學元件，該等光學元件之各者與該複數個光電器件之一各自者對準。
- 如請求項1之光電模組，其中該第二阻光區域延伸穿過該罩蓋之一厚度之大部分。
- 如請求項8之光電模組，其中該第二阻光區域自該罩蓋之一底面朝向該罩蓋之一頂面延伸，但未到達該頂面。
- 如請求項1之光電模組，其中安裝於該基板之內或之上之該複數個光電器件包含一第一發光元件、一第二發光元件及一光感測元件，其中由對於具有由該第一發光元件及該第二發光元件發射之波長之光係實質上不透明之各自分隔件將該等光電器件之相鄰者之光學軸彼此分開，且其中該罩蓋包含複數個第二阻光區域，該複數個第二阻光區域之各者實質上與該等分隔件之一者對準。
- 如請求項10之光電模組，其中該等第二阻光區域係由環氧樹脂組成。
- 如請求項10之光電模組，其中該等第二阻光區域係由一UV固化或熱固化材料組成。
- 如請求項10之光電模組，其中該等第二阻光區域及該等分隔件之各者對於由該第一發光元件及該等第二發光元件發射之波長係具有至少為3之一吸收度。
- 如請求項13之光電模組，其中該等第二阻光區域之各者自其下表面延伸穿過該罩蓋之一厚度之大部分至其上表面。
- 一種光電模組，其包括：安裝於複數個光電器件之內或之上之一基板；包含至少一個光學元件之一光學部件，各光學元件與該複數個光電器件之一各自者對準；及佈置於該基板與該光學部件之間之一分離部件，該分離部件具有將該等光電器件之相鄰者彼此分開之一分隔件， 其中該光學部件包含對於由該等各自光電器件發射或感測之光之波長係實質上不透明之一阻光部分，其中該阻光部分佈置於該分離部件之該分隔件上，及其中一阻光元件佈置於該光電模組之一外部表面處之該光學部件之該阻光部分上。
- 如請求項15之光電模組，其中該阻光元件突出略微超出該光學部件之該外部表面。
- 如請求項15之光電模組，其中該阻光元件對於由該等各自光電器件發射或感測之光之波長係實質上不透明。
- 如請求項15之光電模組，其中安裝於該基板之內或之上之該複數個光電器件包含一第一發光元件、一第二發光元件及一光感測元件，其中由由該分離部件形成之各自分隔件將該等光電器件之相鄰者之光學軸彼此分開，其中該等分隔件對於具有由該第一發光元件及該第二發光元件發射之波長之光係實質上不透明，其中該光學部件包含對於由該等各自光電器件發射或感測之光之波長係實質上不透明之複數個阻光部分，其中各阻光部分佈置於該分離部件之該等分隔件之一各自者上，及其中一阻光元件佈置於該光電模組之一外部表面處之該光學部件之該等阻光部分之各者上。
- 如請求項15之光電模組，其中該阻光元件浮凸於該光學部件之一外表面上。
- 一種光電模組，其包括：安裝於複數個光電器件之內或之上之一基板；包含至少一個光學元件之一光學部件，各光學元件與該複數個光電器件之一各自者對準；及 佈置於該基板與該光學部件之間之一分離部件，該分離部件具有將該等光電器件之相鄰者彼此分開之一分隔件，其中該光學部件包含對於由該等各自光電器件發射或感測之光之波長係實質上不透明之一阻光部分，其中該阻光部分佈置於該分離部件之該分隔件上，及其中複數個光塑形元件佈置於該光電模組之一外部表面處，該等光塑形元件之各者實質上與該等光電器件之一各自者對準。
- 如請求項20之光電模組，其中該等光塑形元件包括透鏡。
- 如請求項21之光電模組，其中安裝於該基板之內或之上之該複數個光電器件包含一第一發光元件、一第二發光元件及一光感測元件，其中藉由由該分離部件形成之各自分隔件將該等光電器件之相鄰者之光學軸彼此分開，其中該等分隔件對於具有由該第一發光元件及該第二發光元件發射之波長之光係實質上不透明，其中該光學部件包含對於由該等各自光電器件發射或感測之光之波長係實質上不透明之複數個阻光部分，其中各阻光部分佈置於該分離部件之該等分隔件之一各自者上，及其中該等光電器件之各者實質上與該等光塑形元件之一各自者對準。
- 一種光電模組，其包括：安裝於複數個光電器件之內或之上之一基板；及佈置於該基板與一光學部件之間之一分離部件，該分離部件具有將該等光電器件之相鄰者彼此分開之一分隔件，其中相鄰分隔件之間之區域實質上由對於由該等光電器件發射或感測之光之波長係實質上透明之一材料填充。
- 一種執行對人體之一量測之方法，該方法包括：使該人體之一部分直接與如請求項1至23中任一項之一光電模組之一外部表面接觸；當該人體之該部分與該模組之該上部外表面接觸時，將發射自具有一第一波長之該模組之光提供至該人體之該部分；當該人體之該部分與該模組之該上部外表面接觸時，由該模組偵測由該人體之該部分反射進入該模組之光；及處理基於由該模組偵測之光之資訊以提供該人體之一身體狀況之一指示。
- 如請求項24之方法，其包含其中處理該資訊包含使用一差動光學吸收光譜學技術。
- 如請求項25之方法，其包含提供發射自具有展現低散射或低吸收之一或多個離線波長及展現強散射或強吸收之一或多個線上波長之該模組之光。
- 如請求項24之方法，其包含使用發射自該模組之光來照射該人體之該部分且量測光吸收之變化。
- 一種製造光電模組之方法，該方法包括：提供在其表面之一者內具有開口之一實質上透明罩蓋晶圓；使用對於特定的一或多個波長係實質上不透明之一材料來至少部分填充該罩蓋晶圓中之該等開口；及形成包含該罩蓋晶圓之一晶圓堆疊，該晶圓堆疊進一步包含複數個光電器件安裝於其上或其內之一基板晶圓，該基板晶圓及該罩蓋晶圓彼此對準，使得該罩蓋晶圓之透明區段與該等光電器件之各自者對準，且其中至少部分被該實質上不透明材料填充之區域自該等光電器件之垂直軸偏移。
- 如請求項28之方法，其中該實質上不透明材料係由一UV固化或 熱固化材料組成。
- 如請求項28之方法，其中該罩蓋晶圓係由玻璃組成且其中該實質上不透明材料係環氧樹脂。
- 如請求項28之方法，其中該罩蓋晶圓係一實質上透明玻璃晶圓，且其中藉由蝕刻、切割或研磨而形成該罩蓋晶圓之該等開口。
- 如請求項28之方法，其進一步包含切割該晶圓堆疊以形成複數個個別光電模組。
- 如請求項28之方法，其中形成該晶圓堆疊包含將該罩蓋晶圓及該基板晶圓附接至一間隔件晶圓之相對側，使得該等光電器件之相鄰者之光學軸由形成該間隔件晶圓之部分之各自分隔件彼此分開，其中該間隔件晶圓由對於具有該特定一或多個波長之光係實質上不透明之材料組成。
- 如請求項33之方法，其進一步包含將發光元件及光感測元件安裝於該基板上，其中該等發光元件發射具有該一或多個特定波長之光，且其中該罩蓋晶圓係由對於具有一或多個波長之光係實質上透明之一材料組成。
- 一種製造光電模組之方法，該方法包括：提供在其表面之一者中具有第一開口之一實質上透明罩蓋晶圓；使該罩蓋晶圓及在其表面之一者中具有第二開口之一複製工具彼此接觸；使用一阻光材料實質上填充該第一開口及該第二開口；使該複製工具與該罩蓋晶圓分開；形成包含該罩蓋晶圓之一晶圓堆疊，該晶圓堆疊進一步包含複數個光電器件安裝於其上之一基板晶圓，該基板晶圓與該罩 蓋晶圓彼此對準，使得該罩蓋晶圓之透明區段與該等光電器件之各自者對準，且其中實質上被該阻光材料填充之該第一區域及該第二區域自該等光電器件之垂直軸偏移。
- 如請求項35之方法，其中，當該罩蓋晶圓與一複製工具彼此接觸時，該複製工具中之該等第二開口之一些與該罩蓋晶圓中之該等第一開口對準且經定位成與該罩蓋晶圓中之該等第一開口相對。
- 如請求項35之方法，其中該阻光材料係由一UV固化或熱固化材料組成。
- 如請求項35之方法，其中該罩蓋晶圓係由玻璃組成且其中該阻光材料係環氧樹脂。
- 如請求項35之方法，其進一步包含切割該晶圓堆疊以形成複數個個別光電模組。
- 如請求項35之方法，其中形成該晶圓堆疊包含將該罩蓋晶圓及該基板晶圓附接至彼此，使得該等光電器件之相鄰者之光學軸由由該等第二開口中之各自者中之該阻光材料形成之各自分隔件彼此分開。
- 如請求項40之方法，其進一步包含將發光元件及光感測元件安裝於該基板上，其中該等發光元件發射具有一或多個特定波長之光，且其中該罩蓋晶圓係由對於具有該一或多個波長之光係實質上透明之一材料組成。
- 一種製造光電模組之方法，該方法包括：提供具有安裝於其表面上之複數個光電器件之一基板晶圓；由一複製程序形成該基板晶圓之該表面上之分離部件，該分離部件由對於特定的一或多個波長之光係實質上不透明之一材料組成且提供自該基板晶圓之垂直突部，其中由該等垂直突部 之各自者將該等光電器件之相鄰者之光學軸彼此分開；及將該等分離部件之各者之一端附接至一罩蓋晶圓以形成一晶圓堆疊，該等分離部件對於該特定的一或多個波長之光係實質上透明，該罩蓋晶圓在其表面之一者中具有開口，其中當該等分離部件附接至該罩蓋晶圓時，該等分離部件之該等垂直突部之至少一些可插入該罩蓋晶圓中之該等開口。
- 如請求項42之方法，其中該等分離部件係由環氧樹脂材料組成。
- 如請求項42之方法，其中該環氧樹脂材料含有碳黑。
- 如請求項42之方法，其中該等分離部件係由一UV固化或熱固化材料組成。
- 如請求項42之方法，其進一步包含將該晶圓堆疊分離成複數個光電模組，該複數個光電模組之各者包括一發光元件及一光感測元件。
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