TW201834224A - 光感測器 - Google Patents

Abstract

本發明提出一光感測器，其包含：一基板，具有一表面，且在該表面上形成有一凹槽；一圍牆結構，設置於該基板的周圍並在該表面上形成一封閉空間，該圍牆結構具有一擋牆嵌入至該凹槽中；一光發射晶片，設置於該基板的該表面上，與該基板電性連接，且位於該擋牆的一側；一光接收晶片，設置於該基板的該表面上，與該基板電性連接，且位於該擋牆的另一側；以及一封膠體，覆蓋該光發射晶片及該光接收晶片。本發明另提一光感測器製造方法，其可製造上述的光感測器。藉此，光感測器可具有易於製造、且結合性較好的圍牆結構。

Description

光感測器

本發明有關一種感測器及其製造方法，特別關於一種光感測器及其製造方法。

習知的光感測器至少包含一光發射元件及一光接收元件，該光發射元件可向外發射光線，若該發射之光線撞擊到偵測物而反射時，該光接收元件可接收該反射光線並使光感測器輸出一感測訊號。

為了使光發射元件所發射出之光線不會直接傳遞至光接收元件，習知的光感測器另包含一金屬外殼。該金屬外殼覆蓋該光發射及光接收元件，且將該光發射元件及該光接收元件相間隔開；如此，金屬外殼可阻擋光發射元件所發射出之光線直接地傳遞至光接收元件，藉此增加光感測器的感測可靠度。

然而，該金屬外殼較難適用於體積較小的光感測器中，因為金屬外殼不易製造成小尺寸者；易言之，金屬外殼若需製作成小尺寸者時，金屬外殼的製造成本會較高，而製造精度亦較難控制。此外，小尺寸的金屬外殼與光發射器的其他部分之間的結合力亦會較差，造成光發射器較難組裝；若使用黏膠來增加結合力時，該黏膠亦不易塗佈在小尺寸的金屬外殼上。

另一方面，在組裝金屬外殼至光發射器中的時候，僅能一次組裝一個金屬外殼至一個光發射器中，無法同時組裝多個金屬外殼至多個光發射器中，造成組裝時間增加。

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。

本發明之一目的在於提供一種光感測器及其製造方法，其解決的技術問題至少為：「使光感測器易於製造，進而使製造成本降低」。

為達上述目的，本發明所揭露的光感測器包含：一基板，具有一表面，且在該表面上形成有一凹槽；一圍牆結構，設置於該基板的周圍並在該表面上形成一封閉空間，該圍牆結構具有一擋牆嵌入至該凹槽中；一光發射晶片，設置於該基板的該表面上，與該基板電性連接，且位於該擋牆的一側；一光接收晶片，設置於該基板的該表面上，與該基板電性連接，且位於該擋牆的另一側；以及一封膠體，覆蓋該光發射晶片及該光接收晶片。

為達上述目的，本發明所揭露的光感測器的製造方法包含：提供一基板；形成多個凹槽於該基板的一表面上；形成多個圍牆結構於該基板的該表面上，各該圍牆結構具有一擋牆，各該擋牆嵌入至各該凹槽中；設置多個光發射晶片於該基板的該表面上，並電性連接該些光發射晶片與該基板，其中各該光發射晶片位於各該擋牆的一側；設置多個光接收晶片於該基板的該表面上，並電性連接該些光發射晶片與該基板，其中各該光接收晶片位於各該擋牆的另一側；形成一封膠體於該基板上，以覆蓋該些光發射晶片及該些光接收晶片；以及切割該基板，以形成該光感測器。

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。

1、2、3‧‧‧光感測器

10‧‧‧基板

11‧‧‧表面

12‧‧‧凹槽

20、20’‧‧‧圍牆結構

21‧‧‧擋牆

211‧‧‧露出部

212‧‧‧嵌入部

22‧‧‧側牆

23‧‧‧遮光蓋體

231‧‧‧開口

30‧‧‧光發射晶片、晶片

40‧‧‧光接收晶片、晶片

50、50’‧‧‧封膠體

51‧‧‧透鏡部

52、53‧‧‧凹槽

60、60’‧‧‧遮光蓋體

61‧‧‧開口

S801~S813、S901~S911‧‧‧步驟

第1圖為依據本發明之第一實施例之光感測器之俯視圖。

第2圖為依據本發明之第一實施例之光感測器之剖視圖。

第3圖為依據本發明之第一實施例之光感測器之俯視圖(遮光蓋體未示)。

第4圖為依據本發明之第二實施例之光感測器之剖視圖。

第5圖為依據本發明之第二實施例之光感測器之俯視圖。

第6圖為依據本發明之第二實施例之光感測器之立體圖。

第7圖為依據本發明之第三實施例之光感測器之剖視圖。

第8A圖至第8H圖為依據本發明之第四較佳實施例之光感 測器之製造方法之步驟示意圖。

第9A圖至第9G圖為依據本發明之第五較佳實施例之光感測器之製造方法之步驟示意圖。

請參閱第1圖至第3圖，其為依據本發明之第一較佳實施例之光感測器之俯視圖及剖視圖。於第一實施例中，一光感測器1被揭露，而該光感測器1可包含一基板10、一圍牆結構20、一光發射晶片30、一光接收晶片40及一封膠體50。上述元件特徵將依序說明如下。

該基板10用以承載其他元件，且可具有傳遞電流訊號之功能，故其可具有電路結構、接點等(圖未示)。在結構上，該基板10具有一表面11及一凹槽12，該表面11可為上表面，而在該表面11上形成該凹槽12；該凹槽12的深度較佳地可大於等於(≧)該基板10之厚度的二分之一，以增加後述的擋牆21的遮光效果。

該圍牆結構20設置於該基板10的周圍，即該圍牆結構20沿著基板10之周圍而設置、並非集中於基板10之中央處。該圍牆結構20可在基板10之表面11上形成一封閉空間(或稱一限制空間)，以定義出該光發射晶片30及該光接收晶片40在表面11上的設置區域。

在材料上，該圍牆結構20可由透光材料(例如環氧化合物(epoxy)、塑材(plastic)或矽材(silicon))為基材，然後添加不透光之染料，使整體成為不透光者。易言之，該圍牆結構20包括一光阻隔膠體。該圍牆結構20可藉由壓模成型(compression molding)、射出成型(injection molding)、點膠(dispensing)或轉移成型(transfer molding)等來形成，具體的說明將於後述的製造方法部分為之。

在結構上，該圍牆結構20可具有一擋牆21及多個側牆22，該擋牆21嵌入至基板10的凹槽12中，而該些側牆22設置於基板10的表面11上；該些側牆22與擋牆21相連接，以圍繞出該封閉空間。該擋牆21及該側牆22用以阻擋光線穿過其中，而嵌入至基板10之凹槽12中 的擋牆21更可使光線難以從擋牆21與基板10之間的空隙中穿過。

此外，該擋牆21可分為一露出部211及一嵌入部212，該露出部211係位於該表面11上，而該嵌入部212係位於凹槽12中。該嵌入部212之高度與該凹槽12之深度相同，故該嵌入部212之高度較佳地大於等於該基板10之厚度的二分之一；當嵌入部212具有如此的高度時，可有效地阻擋光線穿過。

另一方面，較佳地，該露出部211可厚於該嵌入部212；換言之，該露出部211之厚度不受限於該凹槽12的寬度。當露出部211之厚度較大時，可增加擋牆21的遮光效果。該擋牆21的最大厚度較佳地可為0.3mm~0.5mm。

該側牆22的厚度可較小，且可小於該擋牆21的厚度，原因在於：該側牆22係用以阻擋來自外界光線，而外界光線的強度通常較弱，故較薄之側牆22即足以阻擋。

該光發射晶片30及該光接收晶片40皆設置於該基板10的該表面11，且皆與該基板10電性地連接(透過打線方式或覆晶方式)；該些晶片30及40皆被圍牆結構20圍繞，且該光發射晶片30位於該擋牆21的一側，而該光接收晶片40位於該擋牆21的另一側。該光發射晶片30可受控制而發射一光線(如紅外光)，該所發射之光線接觸到一外物而反射時，該光接收晶片40可接收該反射的光線，然後因應產生一感測訊號給基板10傳遞。

另說明的是，該些晶片30及40之具體規格(例如功率、光波長範圍等)可依據光感測器1之實際應用情況而選擇不同者。

該封膠體50亦設置於該基板10的表面11上、被該圍牆結構20圍繞、且覆蓋該光發射晶片30及該光接收晶片40。該封膠體50可保護該些晶片30及40不易受到環境因素影響。

在材料上，該封膠體50可由透光材料(例如環氧化 合物(epoxy)、塑材(plastic)或矽材(silcon))等為基材，且整體為透光者。易言之，該封膠體50包括一可透光膠體，不會阻擋光線傳遞。該封膠體50可藉由一壓模成型、一射出成型、一點膠或一轉移成型等來形成，具體的說明將於後述的製造方法部分為之。

藉由上述特徵，光感測器1可藉由光發射晶片30及光接收晶片40來感測一外物是否接近光感測器1，且光感測器1可藉由圍牆結構20來增加本身的感測準確度，亦即圍牆結構20可阻擋非預期的光線被光接收晶片40感測，例如阻擋來自環境的光線、或是阻擋來自光發射晶片30的直接光線。

此外，本發明之光感測器1可選擇包含一遮光蓋體60，以進一步增加光感測器1的感測準確度。

具體而言，該遮光蓋體60設置於該圍牆結構20上，且該遮光蓋體60具有多個開口61(本實施例中，該些開口61為兩個，以對應該些晶片30及40的數目)。該些開口61暴露出部分的該封膠體50，且分別位於該些晶片30及40的上方。該光發射晶片30的光線可透過該些開口61的其中之一向外發射，而該光接收晶片40可透過該些開口61的其中另一接收反射自該光發射晶片30的光線。

該遮光蓋體60可由不透光材料所製成，且可藉由印刷製程(printing process)、噴塗或貼片來形成。該貼片係指先將遮光蓋體60獨立製作出，然後再貼固於圍牆結構20上。

該遮光蓋體60可限制光線通過的區域，使得特定路徑之反射光線才得以通過遮光蓋體60、然後進入至封膠體50而被該光接收晶片40接收。該特定路徑可對應光感測器1的特定感測範圍，在該特定感測範圍內的外物才得以被光感測器1感測。

請參閱第4圖至第6圖，其為依據本發明之第二較佳實施例之光感測器之俯視圖、剖視圖及立體圖。於第二實施例中，另一光感測器2被揭露，而該光感測器2如同光感測器1般可包含一基板10、一圍牆 結構20、一光發射晶片30、一光接收晶片40及一封膠體50。

不同的是，光感測器2包含另一遮光蓋體60’，該遮光蓋體60，可僅設置於封膠體50上、或延伸地覆蓋至該圍牆結構20上；不論是何種形式，該遮光蓋體60’同樣地具有多個開口61，以限制光線通過的區域。

請參閱第7圖，其為依據本發明之第三較佳實施例之光感測器之剖視圖。於第三實施例中，又一光感測器3被揭露，而該光感測器3如同光感測器1般可包含一基板10、一光發射晶片30、一光接收晶片40及一封膠體50’。

不同的是，光感測器3包含另一圍牆結構20’，該圍牆界夠20’本身具有一遮光蓋體23，即該圍牆結構20’的擋牆21及側牆22與遮光蓋體23為一體成型；此外，該擋牆21具有均一的厚度。另一方面，封膠體50’更具有多個透鏡部51，該些透鏡部51分別設置於該遮光蓋體23的多個開口231中；該些透鏡部51用以匯聚光線，以使光線更易被該光接收晶片40感測。

上述段落說明了依據本發明之實施例的光感測器1~3，而從上述段落應可知悉到，光感測器1~3的圍牆結構20(20’)可直接形成於基板10上(即圍牆結構20並非是預先製作出，然後才組裝至基板10上)，因此圍牆結構20與基板10之間的結合性可較佳，且可省略圍牆結構20與基板10的組裝步驟；此外，藉由壓模或射出成型來形成圍牆結構20時，圍牆結構20的尺寸較易控制。

請參閱第8A圖至第8H圖，其為依據本發明之第四較佳實施例之光感測器之製造方法之步驟示意圖。於第四實施例中，一光感測器之製造方法(以下簡稱為製造方法)被揭露，該製造方法可製造出一個或多個如上述光感測器1及2般的光感測器，因此該製造方法的技術內容與光感測器1及2的技術內容可相互參考。該製造方法可包括以下步驟：

如第8A圖及第8B圖所示，於步驟S801及步驟S803中，先提供一基板10，然後形成多個凹槽12於該基板10的一表面11上。該些凹槽12可藉由一切割製程來形成，且在切割出該些凹槽12時，該基板10的表面11應是一平面者、沒 有被彎曲；因此，在切割該些凹槽12時，該些凹槽12的切割深度可較為一致，且較易控制。

如第8C圖所示，於步驟S805中，接著形成多個圍牆結構20於該基板10的該表面11上，各該圍牆結構20具有一擋牆21，各該擋牆21嵌入至各該凹槽12中。該些圍牆結構20可藉由包括一壓模成型、一射出成型、一點膠或一轉移成型來直接地形成於基板10上，也就是，具有凹槽12之基板10可放置入一模具(圖未示)中，然後圍牆結構20之原料再注入該模具中、然後固化成該圍牆結構20。

步驟S805可限制於S803後實行，也就是，於該些凹槽12形成於該基板10的該表面11上之後，該些圍牆結構20才被形成於該基板10的該表面11上。

如第8D圖所示，於步驟S807-1中，接著設置多個光發射晶片30及多個光接收晶片40於該基板10的該表面11上，其中各該光發射晶片30位於各該擋牆21的一側，而各該光接收晶片40位於各該擋牆21的另一側。如第8E圖所示，於步驟S807-2中，接著藉由打線方式(亦可藉由覆晶方式)，電性連接該些晶片30及40與該基板10。

步驟S807-1及S807-2通常是在步驟S805之後才執行，然而步驟S807-1及S807-2亦可於步驟S805之前執行，也就是，於該些晶片30及40設置於該基板10的該表面11上之後，該些圍牆結構20才被形成於該基板10的該表面11上。

如第8F圖所示，於步驟S809中，接著形成一封膠體50於該基板10上，以覆蓋該些光發射晶片30及該些光接收晶片40。該封膠體50可藉由一壓模成型、一射出成型、一點膠或一轉移成型等來形成；若藉由點膠時，封膠體50之原料會通過一或多個噴嘴(圖未標號)而注入至基板10上及該些圍牆結構20之封閉空間中，然後固化成該封膠體50。相較於壓模成型或射出成型，藉由點膠來形成封膠體50時，可不需使用模具。

如第8G圖所示，於步驟S811中，接著形成一遮 光蓋體60於該圍牆結構20上，並使該遮光蓋體60具有多個開孔61。藉此，該些光發射晶片30的光線分別透過一部分的該些開口61向外發射，而該些光接收晶片40分別透過另一部分的該些開口61接收反射自該些光發射晶片30的光線。該遮光蓋體60可藉由一印刷製程、噴塗或貼片來形成。

如第8H圖所示，於步驟S813中，最後切割該基板10，以形成一個或多個光感測器1。切割時，刀具會切過該遮光蓋體60、該封膠體50、該些圍牆結構20及該基板10。

另說明的是，若光感測器1選擇不包括遮光蓋體60時，該步驟S811可省略，而該步驟S813即可於步驟S809後立即執行。

藉此，該製造方法可同時製造出多個具有圍牆結構20的光感測器1或2，且該製造方法可使基板10的凹槽12的切割深度易於控制(即不會使凹槽12的切割深度過大而不慎切斷基板10)，此外該製造方法可節省模具的使用數目，以減少製造成本(即封膠體50的形成可不需藉助模具)。

請參閱第9A圖至第9G圖，其為依據本發明之第五較佳實施例之光感測器之製造方法之步驟示意圖。於第五實施例中，另一光感測器之製造方法(以下簡稱為另一製造方法)被揭露，該另一製造方法可製造出一個或多個如上述光感測器3般的光感測器，因此該另一製造方法的技術內容與光感測器3的技術內容可相互參考；該另一製造方法與前述的該製造方法的技術內容亦可相互參考。該另一製造方法可包括以下步驟：

如第9A圖所示，於步驟S901中，先提供一基板10，該基板10具有一表面11。如第9B圖及第9C圖所示，於步驟S903-1及S903-2中，接著設置多個光發射晶片30及多個光接收晶片40於該基板10的該表面11上，然後藉由打線方式(或覆晶方式)，電性連接該些晶片30及40與該基板10。

如第9D圖所示，於步驟S905中，接著形成一封膠體50’於該基板10上，以覆蓋該些晶片30及40；該封膠體50’可藉由一壓模成型或一射出成型來形成。該封膠體50’具有 多個凹槽52，各該凹槽52位於各該光發射晶片30及各該光接收晶片40之間。

該些凹槽52可於壓模成型或射出成型時，一併形成於封膠體50’上；該些凹槽52亦可藉由切割製程來形成於封膠體50’上。

該封膠體50’的形成過程中可能會導致基板10彎曲(原因可能是封膠體50’固化時的收縮、或成型時的壓力)，故於封膠體50’形成後，可進行一整平製程，以使彎曲的基板10恢復平整。

如第9E圖所示，於步驟S907中，接著，沿著該封膠體50的該些凹槽52，於該基板10的該表面11上形成多個凹槽12；該些凹槽12分別形成於該些凹槽52之下。該些凹槽12可藉由一切割製程來形成，具體而言，一或多個切割刀具會通過該些凹槽52，然後切除基板10的部分材料，以形成該些凹槽12。該些凹槽12與該些凹槽52可具有相同之寬度。

另外，在該些凹槽12形成的同時、之前、或之後，可於封膠體50’上形成多個凹槽53，各該凹槽53位於各該兩凹槽52之間。

如第9F圖所示，於步驟S909中，接著形成多個圍牆結構20’於該基板10的該表面11上，各該圍牆結構20’具有一擋牆21，各該擋牆21嵌入至各該凹槽12及各該凹槽52中；各該圍牆結構20’具有多個側牆22，各該側牆22嵌入至各該凹槽53中。

由上述步驟可知，於該封膠體50’形成該基板10上、且覆蓋該些光發射晶片30及該些光接收晶片40之後，該些凹槽12才被形成於該基板10的該表面11上；此外，當該些凹槽12形成後，該些圍牆結構20’才被形成於該基板10的該表面11上。

於該些圍牆結構20’形成時，可同時形成一遮光蓋體23於各該圍牆結構20’上，並使該遮光蓋體23具有多個開孔 231。該遮光蓋體23可與該圍牆結構20’為一體成型。

如第9G圖所示，於步驟S911中，最後切割該基板10，以形成一個或多個光感測器3。

另說明的是，基板10及其凹槽12亦可以下列步驟來製作(圖未示)：先提供二板體，即一上板及一下板；然後，利用鑽孔、切割，或與前述鑽孔或切割相似或同等的方式來形成多個貫穿槽於該上板，而此時該下板未有被形成凹槽或貫穿槽；爾後，結合該上板與該下板(藉由黏膠等固定手段)，以形成該基板10；該上板的該些貫穿槽即分別構成該基板的該些凹槽。

綜合上述，本發明之各實施例所揭露的光感測器及其製造方法可具有特點如下：

1、光感測器可不需外加之金屬外殼來遮光，故光感測器沒有習知金屬外殼所帶來的缺失。

2、光感測器的圍牆結構可有效地阻擋光線穿過，增加感測器的準確度；此外，圍牆結構的擋牆還嵌入至基板中，以進一步增加阻擋光線的效果。

3、圍牆結構可直接形成於基板上，故不需額外的組裝步驟；此外，圍牆結構與基板之間能有良好的結合力。

4、封膠體可不需藉由模具來形成於基板上，因此可節省模具的製造成本。

5、基板的凹槽在形成前，基板可為平整狀態，故凹槽的形成深度較易控制。

6、遮光蓋體可採用印刷製程來形成，使得遮光蓋體的形成位置及開口尺寸可輕易控制。

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。

Claims (10)

1. 一種光感測器，包含：一基板，具有一表面，且在該表面上形成有一凹槽；一圍牆結構，設置於該基板的周圍並在該表面上形成一封閉空間，該圍牆結構具有一擋牆嵌入至該凹槽中；一光發射晶片，設置於該基板的該表面上，與該基板電性連接，且位於該擋牆的一側；一光接收晶片，設置於該基板的該表面上，與該基板電性連接，且位於該擋牆的另一側；以及一封膠體，覆蓋該光發射晶片及該光接收晶片。
2. 如請求項1所述的光感測器，其中，該封膠體包括一可透光膠體，而該圍牆結構包括一光阻隔膠體。
3. 如請求項1所述的光感測器，更包含一遮光蓋體，設置於該封膠體上，且於該光發射晶片和該光接收晶片上方形成多個開口，該些開口暴露出部分的該封膠體；該光發射晶片的光線透過該些開口的其中之一向外發射，而該光接收晶片透過該些開口的其中另一接收反射自該光發射晶片的光線。
4. 如請求項3所述的光感測器，其中，該遮光蓋體更延伸設置於部分該圍牆結構上。
5. 如請求項4所述的光感測器，其中，該遮光蓋體更延伸設置於全部該圍牆結構上。
6. 如請求項5所述的光感測器，其中，該遮光蓋體與該圍 牆結構係為一體成型。
7. 如請求項1所述的光感測器，其中，該圍牆結構的該擋牆的厚度為0.3mm~0.5mm。
8. 如請求項1所述的光感測器，其中，該基板的該凹槽的深度，係大於等於該基板厚度的二分之一。
9. 如請求項1所述的光感測器，其中，該圍牆結構的該擋牆的位於該表面上的部分，係厚於該擋牆的嵌入該凹槽的部分。
10. 如請求項3~5任一項所述的光感測器，其中，該遮光蓋體係藉由一印刷製程(printing process)、噴塗或貼片來形成。