TW201603295A

TW201603295A - 光感測器

Info

Publication number: TW201603295A
Application number: TW103123205A
Authority: TW
Inventors: 蔣國軍
Original assignee: 億光電子工業股份有限公司
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2016-01-16

Abstract

本發明揭露一種光感測器，其包含一基座、一光感測晶片及一濾光結構。光感測晶片設置於基座的一表面上，並與基座電性連接，光感測晶片具有一光感測面；濾光結構形成於光感測面上，俾使一第一波長範圍之光線通過其中，且濾光結構包含依序堆疊的一第一保護層、一第一金屬層、一介電層、一第二金屬層及一第二保護層；介電層、第一保護層及第二保護層之每一者皆厚於第一或第二金屬層。藉此，光感測器能感測到較窄波長範圍之光線，且該特定波長範圍易於調整。

Description

光感測器

【0001】

本發明有關一種感測器，特別關於一種光感測器。

【0002】

光感測器係可感測特定波長範圍的光線，然後輸出一電訊號至其他電子元件。

【0003】

為使光感測器僅感測到特定波長範圍(waveband)的光線，光感測器通常會搭配一濾光結構，而該濾光結構僅會讓該特定波長範圍的光線通過而到達光感測晶片；易言之，其餘非特定波長範圍的光線將難以到達光感測晶片，使得光感測晶片不會錯誤地輸出電訊號。

【0004】

然而，現有的濾光結構的濾光能力仍不足，即能通過濾光結構的光線的波長範圍仍較廣(例如僅分隔出可見光及不可見光之波長範圍)。換言之，現有的光感測器難用以感測更窄波長範圍的光線(例如難以從可見光之波長範圍中再分出更窄的波長範圍)，更難以感測單一波長之光線。

【0005】

另一方面，若通過濾光結構的光線的波長範圍需要改變時，現有的作法是改變該濾光結構的組成成分。然而，這種作法較為麻煩，且能調整的波長範圍亦有限。

【0006】

有鑑於此，如何改善至少一種上述缺失，乃為此業界待解決的問題。

【0007】

本發明之一目的在於提供一種光感測器，其能解決的至少一種技術問題：「使光感測器能感測到較窄波長範圍之光線」或「使光感測器所感測的光線的波長範圍易於調整」。

【0008】

為達上述目的，本發明所揭露的光感測器包含：一基座，具有一表面；一光感測晶片，設置於該基座的該表面上，並與該基座電性連接，該光感測晶片具有一光感測面；以及一濾光結構，形成於該光感測面上，俾使一第一波長範圍之光線通過其中，該濾光結構包含依序堆疊的一第一保護層、一第一金屬層、一介電層、一第二金屬層及一第二保護層；其中，該介電層、該第一保護層及該第二保護層之每一者皆厚於該第一金屬層或該第二金屬層。

【0009】

為讓上述目的、技術特徵及優點能更明顯易懂，下文係以較佳之實施例配合所附圖式進行詳細說明。

【0032】

1‧‧‧光感測器
10‧‧‧基座
11‧‧‧表面
20‧‧‧光感測晶片
21‧‧‧光感測面
30‧‧‧濾光結構
31‧‧‧層、保護層、第一保護層
32‧‧‧層、金屬層、第一金屬層
33‧‧‧層、介電層
34‧‧‧層、金屬層、第二金屬層
35‧‧‧層、保護層、第二保護層
40‧‧‧密封濾光膠體
L10、L10’‧‧‧光線

【0010】

第1圖為依據本發明之較佳實施例之光感測器之剖視圖；
第2圖為依據本發明之較佳實施例之光感測器之濾光結構與基座之剖視圖；
第3圖為依據本發明之較佳實施例之光感測器之濾光結構與光線之示意圖；
第4圖為依據本發明之較佳實施例之光感測器之濾光結構的穿透率與波長之關係圖；及
第5圖為依據本發明之較佳實施例之光感測器之相對響應與波長之關係圖。

【0011】

請參閱第1圖，其為依據本發明之較佳實施例之光感測器之剖視圖。於較佳實施例中，一光感測器1被揭露，其包含一基座10、一光感測晶片20及一濾光結構30，而該些元件特徵將依序說明如下。

【0012】

該基座10用以承載其他元件，且可具有傳遞電流訊號之功能，故其具有電路結構、接點等(圖未示)；因此，該基座10可包含電路板、支架(lead frame)等具有前述功能的結構。在結構上，基座10具有一表面11，例如上表面，來供其他元件設置。

【0013】

該光感測晶片20設置於該基座10的該表面11上(可直接地固定於該表面11)，且與該基座10電性地連接(可透過打線方式或覆晶方式等常用連接手段)。該光感測晶片20具有一光感測面21，而該光感測面21係朝外，以能被光線照射而使得光感測晶片20產生一感測訊號給基座10來傳遞至其他器件。

【0014】

該濾光結構30係形成於光感測晶片20的光感測面21上，形成的方式可透過鍍膜手段等方式來為之。濾光結構30可部分地形成於光感測面21上，以使部分的光感測面21得以暴露出來與打線(圖未示)連接。然而，若光感測晶片20不是透過打線來與基座10耦接時，濾光結構30亦可形成於全部的光感測面21上。

【0015】

請配合參閱第2圖，其為依據本發明之較佳實施例之光感測器之濾光結構與基座之剖視圖。在結構上，濾光結構30包含依序堆疊的一第一保護層31、一第一金屬層32、一介電層33、一第二金屬層34及一第二保護層35，其堆疊方向為該光感測面21的法線方向。該第一保護層31可直接沈積在光感測面21上，而第一金屬層32沈積在第一保護層31上，介電層33沈積在第一金屬層32上，第二金屬層34沈積在介電層33上，第二保護層35沈積在第二金屬層34上。

【0016】

該第一保護層31至第二保護層35藉由材料本身或是厚度而皆為可透過光者。

【0017】

該第一保護層31及第二保護層35係用以分別保護第一金屬層32及第二金屬層34，以使得兩金屬層32及34不易氧化或是與其他元件電性導通。該第一保護層31或該第二保護層35的製造材料可選自以下群組：氮化矽(Si₃ N₄ )、二氧化鈦(TiO₂ )、二氧化矽(SiO₂ )及其組合，即保護層31、35可為單一材料者或是混合材料者。兩保護層31、35的製造材料皆屬於介電者。

【0018】

該第一金屬層32及第二金屬層34係用以反射光線，故其具有較高的光反射率，因此第一金屬層32或該第二金屬層34的製造材料可選自以下群組：金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、銠(Rh)、鈀(Pd)及其組合。該些材料具有良好的光反射率。

【0019】

該介電層33係用以間隔第一金屬層32及第二金屬層34，以使得第一特定波長範圍之光線能穿過第二金屬層34。該介電層33的製造材料可如同兩保護層31、35般，選自以下群組：氮化矽(Si₃ N₄ )、二氧化鈦(TiO₂ )、二氧化矽(SiO₂ )及其組合。

【0020】

在厚度方面，介電層33、第一保護層31及第二保護層35之每一者皆厚於第一金屬層32或第二金屬層34，而較佳地，介電層33又厚於第一保護層31或該第二保護層35。兩金屬層32、34之厚度通常會遠小於其他三層31、33、35的厚度。

【0021】

在功能上，濾光結構30可使來自外界環境中的一第一波長範圍之光線通過其中，也就是，來自外界環境中的光線涵蓋了寬廣的波長範圍，而濾光結構30只會允許其中的一較窄波長範圍之光線通過。該較窄波長範圍即為所定義的第一波長範圍，而該第一波長範圍的實際數值將依據光感測器1的應用情況而不同。

【0022】

更具體而言，濾光結構30係利用Fabry-Perot諧振(Fabry-Perot resonant)原理來過濾光線。請配合參閱第3圖，其為依據本發明之較佳實施例之光感測器之濾光結構與光線之示意圖。當一具有較大波長範圍之光線L10從外部穿過第第二保護層35及第二金屬層34而進入至介電層33時，光線L10會開始在兩金屬層32、34之間反射；部分的反射光線L10’會因為同向(in-phase)而穿透出第一金屬層32、然後到達光感測面21(如第2圖所示)。

【0023】

穿透出的該光線L10’之波長範圍將會小於原本光線L10之波長範圍，從而達到濾光之效果。該光線L10’之波長範圍的實際值將會取決於介電層33之厚度及折射率，因此調整介電層33之厚度及折射率將可得到所需的波長範圍。通常，該介電層33之厚度較易於調整，因此該介電層33之厚度將會設計成可調整者，以改變第一波長範圍。

【0024】

請配合參閱第4圖，其為依據本發明之較佳實施例之光感測器之濾光結構的穿透率與波長之關係圖。以下列材料與厚度為例，可以知悉濾光結構30可允許較窄波長範圍之光線通過，例如僅讓大約400 nm或550nm波長之光線通過。各層31至35之材料與厚度為：
　　　兩保護層31、35皆為二氧化矽(SiO₂ )，而其厚度為100nm；
　　　兩金屬層32、34皆為鋁(Al)，而其厚度為10nm；以及
　　　介電層33為二氧化矽(SiO₂ )，而其厚度為350nm。

【0025】

濾光結構30可過濾出多個的較窄波長範圍光線(例如上述的400nm或550 nm波長之光線)，因此可配合其他結構來使濾光結構30僅過濾出更少個(或僅一個)的較窄波長範圍光線；以下將說明其中一種實施方式。

【0026】

請復參閱第1圖，本實施例的光感測器1較佳地可包含一密封濾光膠體40，以使來自外界環境中的光線在抵達濾光結構30之前，被初步地過濾。

【0027】

具體而言，該密封濾光膠體40設置於基座10的表面11上，且包覆光感測晶片20及濾光結構30。密封濾光膠體40可包含相混合的一樹脂本體及一濾光粉體(圖未示)，其可由日東電工公司(Nitto Denko Corporation)等提供。

【0028】

該密封濾光膠體40可使一第二波長範圍之光線通過其中，而該第二波長範圍大於該第一波長範圍；易言之，密封濾光膠體40可使一較大波長範圍之光線通過而到達濾光結構30，然後濾光結構30再使該較大波長範圍光線之中選擇出一較小波長範圍之光線。

【0029】

請配合參閱第5圖，其為依據本發明之較佳實施例之光感測器之相對響應(relative response)與波長之關係圖，舉例而言，密封濾光膠體40可先將來自外界環境中的部分光線予以過濾(例如過濾掉400 nm波長以下的光線)，然後濾光結構30再從剩餘部分的光線中選擇出至少一個較窄波長範圍的光線(例如選擇出約550 nm波長之光線)。因此，濾光結構30配合密封濾光膠體40可使得光感測器1的感測範圍(圖中虛線者)較為窄小(即較小的半波寬)，而僅有密封濾光膠體40的光感測器1的感測範圍(圖中實線者)較為寬大。

【0030】

綜合上述，依據本發明的較佳實施例的光感測器可具有特點如下:
　　1、藉由濾光結構，可使光感測器僅感測到較窄波長範圍之光線，進而提升光感測器的特性。
　　2、藉由調整濾光結構的介電層的厚度，可輕易調整濾光結構所過濾出的光線的波長範圍，進而使得光感測器易於使用於各種應用中。
　　3、配合密封濾光膠體，光感測器可偵測出單一波長光線，因此光感測器可應用於光通訊或脈搏(心跳)量測等場合中。

【0031】

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

22‧‧‧光感測晶片

21‧‧‧光感測面

30‧‧‧濾光結構

31‧‧‧第一保護層

32‧‧‧第一金屬層

33‧‧‧介電層

34‧‧‧第二金屬層

35‧‧‧第二保護層

Claims

【第1項】

一種光感測器，包含：
　　一基座，具有一表面；
　　一光感測晶片，設置於該基座的該表面上，並與該基座電性連接，該光感測晶片具有一光感測面；以及
　　一濾光結構，形成於該光感測面上，俾使一第一波長範圍之光線通過其中，該濾光結構包含依序堆疊的一第一保護層、一第一金屬層、一介電層、一第二金屬層及一第二保護層；
　　其中，該介電層、該第一保護層及該第二保護層之每一者皆厚於該第一金屬層或該第二金屬層。
【第2項】

如請求項1所述的光感測器，其中，該介電層的厚度係為可調整者，以改變該第一波長範圍。
【第3項】

如請求項1或2所述的光感測器，其中，該介電層、該第一保護層及該第二保護層之任一者的製造材料係選自以下群組：氮化矽(Si₃ N₄ )、二氧化鈦(TiO₂ )、二氧化矽(SiO₂ )及其組合。
【第4項】

如請求項3所述的光感測器，其中，該第一金屬層或該第二金屬層的製造材料係選自以下群組：金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、銠(Rh)、鈀(Pd)及其組合。
【第5項】

如請求項1或2所述的光感測器，其中，該第一金屬層或該第二金屬層的製造材料係選自以下群組：金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、銠(Rh)、鈀(Pd)及其組合。
【第6項】

如請求項1或2所述的光感測器，其中，該介電層厚於該第一保護層或該第二保護層。
【第7項】

如請求項1或2所述的光感測器，更包括一密封濾光膠體，其設置於該基座的該表面上、並包覆該光感測晶片及該濾光結構，俾使一第二波長範圍之光線通過其中；其中，該第二波長範圍大於該第一波長範圍。
【第8項】

如請求項7所述的光感測器，其中，該密封濾光膠體包含相混合的一樹脂本體及一濾光粉體。