TW201944612A - 光學感測器裝置和包含此光學感測器裝置的封裝件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種使用表面聲波的光學感測器裝置以及一種光學感測器裝置封裝件。光學感測器裝置包含：基板，包含第一光感測區域以及溫度感測區域，且包含壓電材料；第一輸入電極以及第一輸出電極，設置在第一光感測區域中且以在其間的第一延遲間隙彼此隔開；第一感測膜，與第一延遲間隙重疊且配置成覆蓋第一輸入電極以及第一輸出電極的至少一些部分；以及第二輸入電極以及第二輸出電極，設置在溫度感測區域中且以在其間的第二延遲間隙彼此隔開。第二延遲間隙暴露於空氣。

Description

光學感測器裝置和包含此光學感測器裝置的封裝件
本申請案主張2018年4月5日在韓國智慧財產權局申請的第10-2018-0040004號韓國專利申請案的權益，所述申請案的公開內容以全文引用的方式併入本文中。
一個或多個實施例有關一種光學感測器裝置，並且更具體地說，有關一種能夠使用表面聲波來測量照度及/或紫外線的光學感測器裝置以及一種包含所述光學感測器裝置的光學感測器裝置封裝件。
光學感測器是測量光量或光頻率的感測器。主要通過使用光電二極體來製造這類光學感測器。然而，使用光電二極體的光學感測器包含放大電路且因此易受雜訊影響。
使用將機械能轉換成電能或將電能轉換成機械能的原理的表面聲波技術對於雜訊可能相對穩定。因此，已引入通過使用生物感測器來使用表面聲波的技術，但現有表面聲波感測器太大而不能用作移動裝置或可穿戴裝置中的感測器。
一個或多個實施例包含一種使用表面聲波的光學感測器裝置以及一種光學感測器裝置封裝件，光學感測器裝置具有小尺寸但測量可靠性高。
額外方面將部分地在以下描述中得到闡述，並且部分地將從所述描述顯而易見，或可以通過對所提出的實施例的實踐而獲悉。
根據一個或多個實施例，光學感測器裝置包含：基板，包含第一光感測區域和溫度感測區域，且包含壓電材料；第一輸入電極和第一輸出電極，設置在第一光感測區域中且以在第一輸入電極與第一輸出電極之間的第一延遲間隙彼此隔開；第一感測膜，與第一延遲間隙重疊且配置成覆蓋第一輸入電極和第一輸出電極的至少一些部分；以及第二輸入電極和第二輸出電極，設置在溫度感測區域中且以在第二輸入電極與第二輸出電極之間的第二延遲間隙彼此隔開。第二延遲間隙暴露於空氣。
第一輸入電極可配置成接收第一電信號且將第一輸入聲波提供到第一光感測區域；第一輸出電極可配置成輸出由第一感測膜調製的第一輸出聲波，所述第一感測膜的特性根據外部光而變化；第二輸入電極可配置成接收第二電信號且將第二輸入聲波提供到溫度感測區域；以及第二輸出電極可配置成輸出由基板調製的第二輸出聲波，所述基板的特性根據溫度而變化。
第一輸出聲波可具有介於約200兆赫到約300兆赫範圍內的第一峰值和第二峰值，第一峰值處的Q因數可介於約200與約600之間，且第一峰值和第二峰值的插入損耗之間的差值可等於或大於3分貝。
第一輸入電極和第一輸出電極可包含叉指換能器（Inter Digit Transducer，IDT）電極，所述叉指換能器電極包含多個具有梳齒形狀的指狀件，且第一感測膜可配置成覆蓋所有多個指狀件。
第一輸入電極和第一輸出電極中所包含的指狀件的數目可以介於35與121之間。
光學感測器裝置可更包含設置在第一光感測區域與溫度感測區域之間的接地電極，且第一輸入電極和第二輸入電極可相對於接地電極對稱地設置。
第一輸入電極、第一輸出電極、第二輸入電極以及第二輸出電極可包含多個IDT指狀件和多個棒電極。第一輸入電極、第一輸出電極、第二輸入電極以及第二輸出電極可在基板的一側上排列成一行，且第一輸出電極和第二輸出電極的多個棒電極的長度可不同於第一輸入電極和第二輸入電極的多個棒電極的長度。
第一輸入電極、第一輸出電極、第二輸入電極以及第二輸出電極可包含多個IDT電極，所述IDT電極包含多個IDT指狀件和多個棒電極。第一孔徑大於第二孔徑，所述第一孔徑是第一輸入電極中所包含的多個IDT指狀件彼此交叉並重疊的長度，所述第二孔徑是第二輸入電極中的每一個中所包含的多個IDT指狀件的長度。
基板可包含接近於第一光感測區域的第二光感測區域。在第二光感測區域中，可設置有第三輸入電極、第三輸出電極以及第二感測膜，所述第三輸入電極與所述第三輸出電極以在所述第三輸入電極與所述第三輸出電極之間的第三延遲間隙彼此隔開，所述第二感測膜配置成覆蓋第三延遲間隙。第一感測膜和第二感測膜中的一個可配置成檢測可見光，且第一感測膜和第二感測膜中的另一個可配置成檢測紫外線。
根據一個或多個實施例，光學感測器封裝件包含：印刷電路板，包含第一接合墊區域和第二接合墊區域；光學感測器裝置，設置在印刷電路板上且經由打線接合連接到第一接合墊區域；積體電路（integrated circuit，IC）晶片，設置在印刷電路板上且連接到第二接合墊區域；模封部分，包圍光學感測器裝置且模封第二接合墊區域和讀出積體電路（read out integrated circuit，ROIC）；以及透明基板，設置在模封部分上且與光學感測器裝置形成氣隙。光學感測器裝置包含：基板，包含第一光感測區域和溫度感測區域，且包含壓電材料；第一輸入電極和第一輸出電極，設置在第一光感測區域中且以在第一輸入電極與第一輸出電極之間的第一延遲間隙彼此隔開；第一感測膜，與第一延遲間隙重疊且配置成覆蓋第一輸入電極和第一輸出電極的至少一些部分；以及第二輸入電極和第二輸出電極，設置在溫度感測區域中且以在第二輸入電極與第二輸出電極之間的第二延遲間隙彼此隔開。第二延遲間隙暴露於空氣。
由於本發明允許各種變化以及眾多實施例，特定實施例將於圖式中示出且以書面描述詳細地描述。參考用於說明本發明的實施例的圖式以便獲得對本發明、本發明的優點以及通過實施本發明而實現的目標的充分理解。然而，本發明可以按許多不同形式實施，並且不應被解釋為限於本文所闡述的實施例。如本文中所使用，術語“及/或”包含相關聯的所列項中的一個或多個的任何和所有組合。例如“中的至少一個”等表述當在元件列表之前時修飾整個元件列表而不是修飾列表的個別元件。
在下文中，將通過參考圖式解釋本發明的實施例來詳細描述本發明。圖式中的相似圖式標號指示相似元件，且因此將省略其描述。
應理解，雖然術語“第一”、“第二”等可在本文中用以描述各種元件，但這些元件不應受這些術語限制。這些元件僅用於將一個元件與另一元件區分開來。
如本文中所使用，單數形式“一（a、an）”以及“所述（the）”意圖更包含複數形式，除非全文另外明確指示。
應進一步理解，本文中所使用的術語“包括（comprises）”及/或“包括（comprising）”指明所陳述特徵或元件的存在，但不排除一個或多個其它特徵或元件的存在或添加。
應理解，在提及一層、區或組件“形成在”另一層、區或組件“上”時，所述層、區或組件可直接地或間接地形成在另一層、區或組件上。舉例來說，即可能存在插入層、區或元件。
在圖式中，為解釋方便起見，可放大元件的尺寸。換句話說，由於在圖式中，為解釋方便起見任意示出元件的尺寸和厚度，因此以下實施例並不限於此。
應理解，在提及一層、區或元件“連接到”另一層、區或元件時，所述層、區或組件可直接在另一層、區或組件上或在其間可存在插入層、區或組件。舉例來說，在本說明書中，在提及一層、區或元件直接地或間接地電性連接到另一層、區或元件時。
圖1A是根據一實施例的光學感測器裝置10的示意性平面圖。圖1B是沿圖1A的線I-I'截取的截面圖。圖2是示出圖1A的區域A的平面圖。
參看圖1A到圖2，光學感測器裝置10包含在基板110上的光感測區域LS以及溫度感測區域TS，製備所述光感測區域LS以感測光，製備所述溫度感測區域TS以測量溫度，所述基板110包含壓電材料。在光感測區域LS中，設置有第一輸入電極120、第一輸出電極130以及感測膜140，且在溫度感測區域TS中，設置有第二輸入電極150和第二輸出電極160。
第一輸入電極120與第一輸出電極130以在其間的第一延遲間隙DG1彼此隔開，且通過覆蓋第一輸入電極120和第一輸出電極130的至少一些部分來設置感測膜140。第二輸入電極150與第二輸出電極160以在其間的第二延遲間隙DG2彼此隔開，且第二延遲間隙DG2暴露於空氣。
根據本發明的實施例的光學感測器裝置10可以是能夠基於表面聲波的變化來測量光量和溫度的裝置。也就是說，第一輸入電極120可在接收第一電信號之後將第一輸入聲波提供到光感測區域LS，且第一輸出電極130可輸出由感測膜140調製的第一輸出聲波，所述感測膜140具有根據外部光而變化的特性。
第二輸入電極150可在接收第二電信號之後將第二輸入聲波提供到溫度感測區域TS，且第二輸出電極160可輸出由基板110調製的第二輸出聲波，所述基板110具有根據溫度而變化的特性。
也就是說，基板100可包含能夠響應於電信號產生表面聲波的壓電材料，且基板100的材料可從壓電材料之中選擇並且可具有根據溫度而變化的特性。舉例來說，基板100可包含LiNbO3 （LN）或LiTaO3 （LT）。在一些實施例中，基板100可包含一種壓電材料，所述壓電材料的機械能轉換成電能的轉換率K2 為至少5%且溫度係數（temperature coefficient，TDC）為50 ppm/℃。
感測膜140包含用於檢測可見光或紫外線的材料，且材料可具有隨可見光或紫外線的反應而變化的特性。也就是說，感測膜140可接收光且可改變傳播通過基板110的聲波的傳播速度。
在感測膜140檢測可見光時，感測膜140可包含CdS或CdSe。可通過沉積CdS或CdSe來形成感測膜140，且感測膜140的厚度可介於約50奈米與約300奈米之間。
在感測膜140檢測紫外線時，感測膜140可包含氧化鋅（zinc oxide，ZnO）或氮化鎵（gallium nitride，GaN）。在一些實施例中，可通過沉積ZnO來形成感測膜140，且在這種情況下，感測膜140的厚度可介於約50奈米與約300奈米之間。在其它實施例中，可通過旋轉塗布ZnO奈米粒子來形成感測膜140。在這種情況下，感測膜140的厚度可介於約500奈米與約1500奈米之間。
第一輸入電極120可通過接收外部電信號來形成電場，且基板110可通過使用電場來產生表面聲波，所述表面聲波是機械振動。將所產生的表面聲波提供到感測膜140。
第一輸出電極130可與第一輸入電極120以在其間的第一延遲間隙DG1隔開，且可使由感測膜140改變的表面聲波產生為電信號，由此輸出電信號。舉例來說，在感測膜140包含用於檢測紫外線的ZnO時，聲波的中心頻率可根據檢測到的紫外線的量移動若干兆赫。在感測膜140包含用於檢測可見光的CdS或CdSe時，聲波的中心頻率可根據檢測到的光量移動數十到數百千赫（KHz）。
第一輸入電極120和第一輸出電極130可以是叉指換能器（Inter Digital Transducer，IDT）電極。IDT電極可包含多個具有梳齒形狀的IDT指狀件121和IDT指狀件131、以及分別連接到IDT指狀件121和IDT指狀件131的兩個棒電極123和棒電極133。
第一輸入電極120的棒電極123可連接到第一輸入墊IN1a和第一輸入墊IN1b，且第一輸出電極130的棒電極133可連接到第一輸出墊OUT1a和第一輸出墊OUT1b。第一輸入墊IN1a和第一輸入墊IN1b中的任一個以及第一輸出墊OUT1a和第一輸出墊OUT1b中的任一個可用作接地電極墊。
第二輸入電極150可通過接收外部電信號來形成電場，且基板110可通過使用所形成的電場來產生作為機械振動的表面聲波。
第二輸出電極160可與第二輸入電極150以在其間的第二延遲間隙DG2隔開，且可使沿基板110的表面傳輸的聲波產生為電信號，由此輸出電信號。由於基板110的特性可根據溫度而變化，因此應用於第二輸出電極160的聲波的特性可根據溫度而不同。
第二輸入電極150和第二輸出電極160可以是IDT電極。IDT電極可包含多個具有梳齒形狀的IDT指狀件151和IDT指狀件161，以及分別連接到IDT指狀件151和IDT指狀件161的兩個棒電極153和棒電極163。
第二輸入電極150的棒電極153可連接到第二輸入墊IN2a和第二輸入墊IN2b，且第二輸出電極160的棒電極163可連接到第二輸出墊OUT2a和第二輸出墊OUT2b。第二輸入墊IN2a和第二輸入墊IN2b中的任一個以及第二輸出墊OUT2a和第二輸出墊OUT2b中的任一個可用作接地電極墊。
在一些實施例中，第一輸入電極120、第一輸出電極130、第二輸入電極150以及第二輸出電極160可包含鋁（Al），且第一輸入電極120、第一輸出電極130的厚度、第二輸入電極150的厚度以及第二輸出電極160的厚度可介於約100奈米與約300奈米之間。
第一輸入墊IN1a和第一輸入墊IN1b、第一輸出墊OUT1a和第一輸出墊OUT1b、第二輸入墊IN2a和第二輸入墊IN2b以及第二輸出墊OUT2a和第二輸出墊OUT2b排列在基板110的一側上。第一輸入電極120的棒電極123的長度與第一輸出電極130的棒電極133的長度可彼此不同，且第二輸入電極150的棒電極153的長度與第二輸出電極160的棒電極163的長度可彼此不同。
在一些實施例中，第一輸入電極120的棒電極123的長度可小於第一輸出電極130的棒電極133的長度，且第二輸入電極150的棒電極153的長度可小於第二輸出電極160的棒電極163的長度。
由於上述電極墊的排列，即第一輸入墊IN1a、IN1b和第一輸出墊IN2a、IN2b以及第二輸入墊OUT1a、OUT1b和第二輸出墊OUT2a、OUT2b，可減小光學感測器裝置10的總尺寸，且因此可減小封裝光學感測器裝置10的光學感測器裝置封裝件的總尺寸。
根據本發明的實施例的光學感測器裝置10具有光感測區域LS和溫度感測區域TS，且因此同時測量光量和溫度。光量和溫度可從輸入聲波和輸出聲波的中心頻率之間的差值匯出。換句話說，光量可從第一輸入聲波的中心頻率fc_in1與第一輸出聲波的中心頻率fc_out1之間的差值△fc1匯出，且溫度可從第二輸入聲波的中心頻率fc_in2與第二輸出聲波的中心頻率fc_out2之間的差值△fc2匯出。差值△fc1和差值△fc2以及光量及/或溫度的關係或表存儲在控制器等的中央處理單元（central processing unit，CPU）中，其連接到光學感測器裝置10且因此可通過測量差值△fc1和差值△fc2來匯出光量和溫度。
基板110的溫度變化反映到用於測量光量的第一輸出聲波的中心頻率fc_out1的值，且用於測量溫度的第二輸出聲波可用作相對於第一輸出聲波的參考值。第二輸出聲波的中心頻率fc_out2可以是用於測量溫度的參數，且也可用作參考值，用於測量排除溫度特性的光量。
根據本發明的實施例的光學感測器裝置10設計成具有小於約2.5毫米×2.5毫米的微小尺寸。另外，為了使連接到光學感測器裝置10並檢測聲波的頻率變化的積體電路（integrated circuit，IC）晶片（例如讀出積體電路（read out integrated circuit，ROIC））的尺寸最小化，將由光學感測器裝置10獲得的聲波的Q值設定得非常高。
為滿足所述條件，檢測光量的感測膜140可覆蓋第一輸入電極120的IDT指狀件121以及第一輸出電極130的IDT指狀件131。這類排列的目的是最大限度地確保檢測區域與光學感測器裝置10的空間限制相對應，並最多限制可能由於反射而產生的反射波。在一實施例中，感測膜140的區域可介於約0.5平方毫米到約1.25平方毫米的範圍內。
從光學感測器裝置10輸出的聲波的中心頻率可設定成介於約200兆赫（MHz）與約300兆赫之間，這是因為在中心頻率等於或大於300兆赫時，雜訊增加，且因此ROIC的設計可能變得複雜，或其尺寸可能增大，且在中心頻率小於或等於200兆赫時，輸入電極和輸出電極的尺寸增大。
在將從光學感測器裝置10輸出的聲波的中心頻率稱為第一峰值時，第一峰值處的Q因數（3分貝的頻寬/中心頻率）的值可能較大。通過這種方式，通過減小第一峰值的頻寬來減小ROIC中的頻率掃描，且易於識別第一峰值的變化。在一些實施例中，第一峰值處的Q因數可介於約200與約600之間，並且優選地介於約240與約500之間，這意味著3分貝的頻寬設定成小於或等於約1兆赫且等於或大於約0.5兆赫。
另外，從光學感測器裝置10輸出的聲波可具有除中心頻率（第一峰值）以外的第二峰值，所述第二峰值具有下一插入損耗（insertion loss），且因此，可將第一峰值的插入損耗和第二峰值的插入損耗之間的差值設計成等於或大於3分貝。隨著第一峰值的插入損耗和第二峰值的插入損耗之間的差值增大，第一峰值可能不與第二峰值混淆，且ROIC的容量可減小。
在本發明的實施例中，已固定以下設計參數以確保空間限制小於或等於2.5毫米×2.5毫米，第一峰值的插入損耗和第二峰值的插入損耗之間的差值等於或大於3分貝，且第一峰值處的Q因數介於約200與約600之間。
首先，第一輸入電極120和第一輸出電極130中的每一個中所包含的IDT指狀件的數目可優選地介於約35與約121之間。
另外，參看圖2，可將第一指狀件121中的一個指狀件121a的中心與相鄰指狀件121b的中心之間的距離調整為約λ/2，且λ/2可介於約6.6微米到約10微米範圍內。第一指狀件121和第二指狀件131中的一個的寬度可介於約3.3微米與約4.1微米之間。第一延遲間隙DG1可介於約15微米與約600微米之間。孔徑可介於約30微米與約650微米之間，所述孔徑是由連接到第一輸入電極120的第一棒電極123a的第一指狀件121的一個指狀件121a與連接到第一輸入電極120的第二棒電極123b的相鄰指狀件121b交叉和重疊而獲得的長度。
圖3和圖4是示出通過對光學感測器裝置應用以上參數而設計的光學感測器裝置的頻率回應特徵的類比的圖。
參看圖3，x軸表示頻率，且y軸表示插入損耗。第一峰值f1為約255兆赫，且第一峰值處的Q值為約250，這意味著中心頻率的特徵非常尖銳。另外，第一峰值f1和第二峰值f2的插入損耗之間的差值為約5分貝，且因此，可容易地將第一峰值f1與第二峰值f2彼此區分開。
圖4示出在不透射光的情況a中以及在透射光（例如紫外線）的情況b中的聲波的頻率應用特徵。在透射光時，中心頻率與光量成比例地變化，且因此，測量透光率和透射光的量為可能的。
圖5是根據另一實施例的光學感測器裝置20的示意性平面圖。圖1A和圖5中的相似圖式標號指示相似元件，且因此將省略其描述。
參看圖5，光學感測器裝置20具有光感測區域LS和溫度感測區域TS，且光感測區域LS中設置有第一輸入電極120'、第一輸出電極130'以及感測膜140，且溫度感測區域TS中設置有第二輸入電極150'和第二輸出電極160'。
第一輸入電極120'與第一輸出電極130'以在其間的第一延遲間隙DG1彼此隔開，且通過覆蓋第一輸入電極120'和第一輸出電極130'的至少一些部分來設置感測膜140。第二輸入電極150'與第二輸出電極160'以在其間的第二延遲間隙DG2彼此隔開，且第二延遲間隙DG2暴露於空氣。
在本發明的實施例中，接地電極G設置在光感測區域LS和溫度感測區域TS的邊界上。接地電極G可連接到接地墊GP。
接地電極G可相對於第一輸入聲波和第二輸入聲波充當共同接地。因此，相對於接地電極G，可對稱地設置第一輸入電極120'和第二輸入電極150'。也就是說，第一輸入聲波可經由第一輸入電極120'和接地電極G傳輸到基板110和感測膜140，且第二輸入聲波可經由第二輸入電極150'和接地電極G傳輸到基板110。
第一輸入電極120'可連接到第一輸入墊IN1，且第二輸入電極150'可連接到第二輸入墊IN2。第一輸出電極130'可連接到第一輸出墊OUT1，且第二輸出電極160'可連接到第二輸出墊OUT2。接地電極G可連接到接地墊GP。
由於接地電極G相對於第一輸入聲波和第二輸入聲波充當共同接地，因此電極和電極墊的數目可減小，且因此，光學感測器裝置20的總尺寸可減小。
圖6是根據另一實施例的光學感測器裝置30的示意性平面圖。圖1A和圖6中的相似圖式標號指示相似元件，且因此將省略其描述。
參看圖6，光學感測器裝置30具有光感測區域LS和溫度感測區域TS。在光感測區域LS中，設置有第一輸入電極120、第一輸出電極130以及感測膜140，且在溫度感測區域TS中，設置有第二輸入電極150"和第二輸出電極160"。
第一輸入電極120與第一輸出電極130以在其間的第一延遲間隙DG1彼此隔開，且感測膜140覆蓋第一輸入電極120和第一輸出電極130的至少一些部分。第二輸入電極150"與第二輸出電極160"以在其間的第二延遲間隙DG2彼此隔開，且第二延遲間隙DG2暴露於空氣。
在本發明的實施例中，溫度感測區域TS所佔據的區域可能比光感測區域LS所佔據的區域窄。感測膜並不設置在溫度感測區域TS中，且由於基板110的根據溫度的物理特性變化的特徵，溫度感測區域TS可能比光感測區域LS窄。
具體地說，第一孔徑A1的長度（其中IDT指狀件121彼此交叉並重疊）可大於第二孔徑A2的長度（其中IDT指狀件151"彼此交叉並重疊）。也就是說，第二孔徑A2的長度可小於第一孔徑A1的長度，且因此，可減小光學感測器裝置30的總尺寸。
或者，第二輸入電極150"的IDT指狀件151"的長度以及第二輸出電極160"的IDT指狀件161"的長度可小於第一輸入電極120的IDT指狀件121的長度以及第一輸出電極130的IDT指狀件131的長度。因此，可減小光學感測器裝置30的總尺寸。
圖7是根據另一實施例的光學感測器裝置40的示意性平面圖。圖1A和圖7中的相似圖式標號指示相似元件，且因此將省略其描述。
參看圖7，光學感測器裝置40具有第一光感測區域LS1、第二光感測區域LS2以及溫度感測區域TS。在第一光感測區域LS1中，設置有第一輸入電極120、第一輸出電極130以及第一感測膜141，且在第二光感測區域LS2中，設置有第三輸入電極170、第三輸出電極180以及第二感測膜142。第三輸入電極170與第三輸出電極180以第三延遲間隙DG3隔開。在溫度感測區域TS中，設置有第二輸入電極150和第二輸出電極160。
第一光感測區域LS1和第二光感測區域LS2中的一個可以是其中檢測可見光的區域，且所述第一光感測區域LS1和所述第二光感測區域LS2中的另一個可以是其中檢測紫外線的區域。也就是說，第一感測膜141和第二感測膜142中的一個可檢測可見光，且所述第一感測膜141和所述第二感測膜142中的另一個可檢測紫外線。
舉例來說，在第一感測膜141包含用於檢測可見光的材料時，第二感測膜142可包含用於檢測紫外線的材料。
第一感測膜141可包含CdS或CdSe。可通過沉積CdS或CdSe來形成第一感測膜141，且第一感測膜141的厚度可介於約50奈米與約300奈米之間。
第二感測膜142可包含ZnO或GaN。在一些實施例中，可通過沉積ZnO來形成第二感測膜142，且在這種情況下，第二感測膜142的厚度可介於約50奈米與約300奈米之間。在其它實施例中，可通過旋轉塗布ZnO奈米粒子來形成第二感測膜142。在這種情況下，第二感測膜142的厚度可介於約500奈米與約1500奈米之間。
第一輸入電極120可接收第一電信號且將第一輸入聲波提供到第一光感測區域LS1。第一輸出電極130可與第一輸入電極120以在其間的第一延遲間隙DG1隔開，且可使由感測膜140改變的表面聲波產生為電信號，由此輸出電信號。
第三輸入電極170可接收第三電信號且將第三輸入聲波提供到第二光感測區域LS2。第三輸出電極180可與第三輸入電極170以第三延遲間隙DG3隔開且可使由第二感測膜142改變的表面聲波產生為電信號，由此輸出電信號。
第三輸入電極170和第三輸出電極180可以是IDT電極。IDT電極可包含多個具有梳齒形狀的IDT指狀件171和181，以及分別連接到IDT指狀件171和IDT指狀件181的兩個棒電極173和183。
第三輸入電極170的棒電極173可連接到第三輸入墊IN3a和第三輸入墊IN3b，且第三輸出電極180的棒電極183可連接到第三輸出墊OUT3a和第三輸出墊OUT3b。第三輸入墊IN3a和第三輸入墊IN3b中的任一個以及第三輸出墊OUT3a和第三輸出墊OUT3b中的任一個可用作接地電極墊。
在一些實施例中，第三輸入電極170和第三輸出電極180可包含鋁（Al），且第三輸入電極170和第三輸出電極180的厚度可介於約100奈米與約300奈米之間。
在本發明的實施例中，光學感測器裝置40具有第一光感測區域LS1、第二光感測區域LS2以及溫度感測區域TS，且因此可充當能夠同時測量光強度、紫外線以及溫度的複合感測器。
根據本發明的實施例的光學感測器裝置40設計成具有小於或等於約2.5毫米×2.5毫米的微小尺寸。另外，為了使連接到光學感測器裝置40並檢測聲波的頻率變化的ROIC最小化，將由光學感測器裝置40獲得的聲波的Q值設定得非常高。
為滿足所述條件，檢測光量的第一感測膜141可覆蓋第一輸入電極120的IDT指狀件121以及第一輸出電極130的IDT指狀件131。第二感測膜142覆蓋第三輸入電極170的IDT指狀件171以及第三輸出電極180的IDT指狀件181。這類排列的目的是最大限度地確保檢測區域與光學感測器裝置40的空間限制相對應，並最多限制可能由於反射而產生的反射波。
從光學感測器裝置40輸出的聲波的中心頻率可設定成介於約200兆赫與約300兆赫之間，這是因為在中心頻率等於或大於300兆赫時，雜訊增加，且因此ROIC的設計可能變得複雜，或其尺寸可能增大，且在中心頻率小於或等於200兆赫時，輸入電極和輸出電極的尺寸增大。
在將從光學感測器裝置40輸出的聲波的中心頻率稱為第一峰值時，第一峰值處的Q因數（3分貝的頻寬/中心頻率）的值可能較大。通過這種方式，通過減小第一峰值的頻寬來減小ROIC中的頻率掃描，且易於識別第一峰值的變化。在一些實施例中，第一峰值處的Q因數可介於約200與約600之間，並且優選地介於約240與約500之間。
另外，從光學感測器裝置40輸出的聲波可具有除中心頻率（第一峰值）以外的第二峰值，所述第二峰值具有下一插入損耗，且因此，可將第一峰值的插入損耗和第二峰值的插入損耗之間的差值設計成等於或大於3分貝。隨著第一峰值的插入損耗和第二峰值的插入損耗之間的差值增大，第一峰值可能不與第二峰值混淆，且ROIC的容量可減小。
在本發明的實施例中，已固定以下設計參數以確保空間限制小於或等於2.5毫米×2.5毫米，第一峰值的插入損耗和第二峰值的插入損耗之間的差值等於或大於3分貝，且第一峰值處的Q因數得以最大化。
首先，第一輸入電極120、第一輸出電極130、第三輸入電極170以及第三輸出電極180中的每一個中所包含的IDT指狀件的數目可優選地介於約35與約121之間。
另外，可將IDT指狀件的中心之間的距離調整為約λ/2，且λ/2可介於約6.6微米到約10微米範圍內。指狀件中的一個的寬度可介於約3.3微米與約4.1微米之間。第一延遲間隙DG1及/或第三延遲間隙DG3可介於約15微米與約600微米之間。第一延遲間隙DG1及/或第三延遲間隙DG3的孔徑可介於約300微米與約650微米之間。
圖8是通過捕獲圖7的光學感測器裝置40的形狀而獲得的圖像。參看圖8，可見光感測區域、紫外線感測區域以及溫度感測區域從左側設置在基板上，且光學感測器裝置40的總尺寸為約2毫米×2毫米。
圖9是根據一個或多個實施例的包含光學感測器裝置的光學感測器裝置封裝件1000的平面圖。圖10光學感測器裝置封裝件1000的示意性截面圖。圖9和圖10示出圖7的光學感測器裝置40已封裝。然而，可包含圖1到圖6的光學感測器裝置10、光學感測器裝置20以及光學感測器裝置30，且也可包含轉換的光學感測器裝置。
參看圖9和圖10，光學感測器裝置封裝件1000包含：電路板200，包含第一接合墊區域BA1和第二接合墊區域BA2；光學感測器裝置40和IC晶片300，安裝在電路板200上；模封部分400，包圍光學感測器裝置40且模封IC晶片300；以及透明板500，與光學感測器裝置40形成氣隙。
電路板200包含第一接合墊區域BA1和第二接合墊區域BA2。第一接合墊區域BA1包含第一接合墊BP1_1到第一接合墊BP1_n，且第一接合墊BP1_1到第一接合墊BP1_n可經由打線接合等分別連接到光學感測器裝置40的電極墊。第二接合墊區域BA2包含第二接合墊BP2_1到第二接合墊BP2_n，且第二接合墊BP2_1到第二接合墊BP2_n可經由打線接合、倒裝晶片接合或類似物分別連接到IC晶片300的端子。
第一接合墊BP1_1到第一接合墊BP1_n可在光學感測器裝置40的外側上排列成一行。第二接合墊BP2_1到第二接合墊BP2_n可在IC晶片300的外側上排列成一行。第二接合墊區域BA2可在其邊緣處與電路板200的一側相對應。
電路板200可包含一層或多層，且使第一接合墊區域BA1與第二接合墊區域BA2彼此連接的導線可形成在電路板200上或形成在電路板200中。
IC晶片300可包含ROIC、產生輸入聲波並通過讀取輸出聲波的頻率回應來計算光量和溫度值。
光學感測器裝置40設置在電路板200的中心處且設置在電路板200的邊緣上，模封部分400可設置成包圍光學感測器裝置40。模封部分400可模封IC晶片300和第二接合墊區域BA2，並防止外界雜訊影響IC晶片300。
在光學感測器裝置40上方，可形成透明板500，所述透明板500與光學感測器裝置40形成氣隙。透明板500可包含玻璃材料。
透明板500不僅通過使光穿透來允許光學感測器裝置40測量光量，並且還保護光學感測器裝置40免受異物侵害。
圖11和圖12是示出根據一實施例的光學感測器裝置的性能的測量結果的圖。圖11示出通過測量聲波的中心頻率中的變化△F而獲得的資料，所述聲波從檢測可見光的光感測區域輸出。變化△F的值可以是基於從溫度感測區域輸出的聲波的中心頻率的值而去除對溫度的影響的值。參看圖11，從可見光區域輸出的聲波的中心頻率的變化根據光強度的增大而線性地增大，且所述變化共計數百千赫。
圖12是示出根據一實施例的輸出聲波的波形的圖。參看圖12，根據本發明的實施例的聲波的中心頻率fc為251.1兆赫，且3分貝頻寬測量f"(△3dB)-f'(△3dB) = 251.4兆赫- 250.75兆赫= 0.65兆赫。因此，得出聲波的Q因數等於251.1/0.65 = 386.3。
另外，在聲波之中插入損耗最小處的第一峰值（即中心頻率）為251.1兆赫，且在這種情況下，插入損耗為-9.9分貝。下一插入損耗處的第二峰值為249.7兆赫，且在這種情況下，插入損耗為-16.9分貝。因此，第一峰值和第二峰值處的插入損耗之間的差值為7.0分貝。
根據一個或多個實施例的光學感測器裝置和光學感測器裝置封裝件可同時測量光量和溫度。輸出聲波具有高Q值，且因此，儘管光學感測器裝置和光學感測器裝置封裝件尺寸小，但其可具有高測量可靠性。
根據一個或多個實施例的光學感測器裝置可包含光感測區域和溫度感測區域，且因此可同時光量和溫度。另外，由於用於測量溫度值的第二聲波可用作第一輸出聲波的參考值，因此可在不考慮溫度值的情況下測量光量。
根據一個或多個實施例的光學感測器裝置具有小尺寸，但具有高Q值，且因此可使用具有低容量的IC晶片。因此，可減小光學感測器裝置封裝件的總尺寸。然而，本發明的範圍不限於此。
應理解，本文中所描述的實施例應被認為僅具有描述性意義，而非出於限制性目的。每一個實施例內的特徵或方面的描述通常應被認為是可用於其它實施例中的其它類似特徵或方面。
儘管已參考圖式描述一個或多個實施例，但本領域的普通技術人員應瞭解，可在不脫離申請專利範圍定義的本發明的精神和範圍的情況下在本文中對形式和細節進行各種改變。
10、20、30、40‧‧‧光學感測器裝置
110‧‧‧基板
120、120'、150、150'、150"、170‧‧‧輸入電極；
121、131、151、151"、161、161"、171、181‧‧‧IDT指狀件
121a、121b‧‧‧指狀件
123、123a、123b、133、153、163、173、183‧‧‧棒電極
130、130'、160、160'、160"、180‧‧‧輸出電極
140、141、142‧‧‧感測膜
200‧‧‧電路板
300‧‧‧IC晶片
400‧‧‧模封部分
500‧‧‧透明板
1000‧‧‧光學感測器裝置封裝件
a、b‧‧‧情況
A1、A2‧‧‧孔徑
A‧‧‧區域
BA1、BA2‧‧‧接合墊區域
BP1_1~BP1_n、BP2_1~BP2_n‧‧‧接合墊
DG1、DG2、DG3‧‧‧延遲間隙
f1、f2‧‧‧峰值
fc_in1、fc_in2、fc_out1、fc_out2‧‧‧中心頻率
G‧‧‧接地電極
GP‧‧‧接地墊
IN1、IN1a、IN1b、IN2、IN2a、IN2b、IN3a、IN3b‧‧‧輸入墊
I-I'‧‧‧線
LS、LS1、LS2‧‧‧光感測區域
OUT1、OUT1a、OUT1b、OUT2、OUT2a、OUT2b、OUT3a、OUT3b‧‧‧輸出墊
TS‧‧‧溫度感測區域
△F‧‧‧變化
△fc1、△fc2‧‧‧差值
λ/2‧‧‧距離
通過結合圖式對實施例進行的以下描述，這些及/或其他方面將變得顯而易見並且更加容易瞭解，在所述圖式中： 圖1A是根據一實施例的光學感測器裝置的示意性平面圖。 圖1B是沿圖1A的線I-I'截取的截面圖。 圖2是示出圖1A的區域A的平面圖。 圖3是示出根據一實施例設計的光學感測器裝置的頻率回應特徵的類比的圖。 圖4是示出根據一實施例設計的光學感測器裝置的頻率移動特徵的類比的圖。 圖5是根據另一實施例的光學感測器裝置的示意性平面圖。 圖6是根據另一實施例的光學感測器裝置的示意性平面圖。 圖7是根據另一實施例的光學感測器裝置的示意性平面圖。 圖8是通過捕獲圖7的光學感測器裝置的形狀而獲得的圖像。 圖9是根據一個或多個實施例的包含光學感測器裝置的光學感測器裝置封裝件的平面圖。 圖10光學感測器裝置封裝件的示意性截面圖。 圖11是示出根據一實施例的輸出聲波的中心頻率根據光量的變化的圖。 圖12是示出根據一實施例的輸出聲波的波形的圖。

Claims (10)

  1. 一種光學感測器裝置，包括： 基板，包括第一光感測區域以及溫度感測區域，且所述基板包括壓電材料； 第一輸入電極以及第一輸出電極，設置在所述第一光感測區域中且以在所述第一輸入電極與所述第一輸出電極之間的第一延遲間隙彼此隔開； 第一感測膜，與所述第一延遲間隙重疊且配置成覆蓋所述第一輸入電極以及所述第一輸出電極的至少一些部分；以及 第二輸入電極以及第二輸出電極，設置在所述溫度感測區域中且以在所述第二輸入電極與所述第二輸出電極之間的第二延遲間隙彼此隔開， 其中所述第二延遲間隙暴露於空氣。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測器裝置，其中所述第一輸入電極配置成接收第一電信號且將第一輸入聲波提供到所述第一光感測區域， 所述第一輸出電極配置成輸出由所述第一感測膜調製的第一輸出聲波，所述第一感測膜的特性根據外部光而變化， 所述第二輸入電極配置成接收第二電信號且將第二輸入聲波提供到所述溫度感測區域，以及 所述第二輸出電極配置成輸出由所述基板調製的第二輸出聲波，所述基板的特性根據溫度而變化。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的光學感測器裝置，其中所述第一輸出聲波具有介於約200兆赫到約300兆赫範圍內的第一峰值以及第二峰值， 所述第一峰值處的Q因數介於約200與約600之間，以及 所述第一峰值的插入損耗以及所述第二峰值的插入損耗之間的差值等於或大於3分貝。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測器裝置，其中所述第一輸入電極以及所述第一輸出電極包括叉指換能器電極，所述叉指換能器電極包括多個具有梳齒形狀的指狀件，以及 所述第一感測膜配置成覆蓋所有所述多個指狀件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的光學感測器裝置，其中所述第一輸入電極以及所述第一輸出電極中所包括的指狀件的數目介於35與121之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測器裝置，更包括設置在所述第一光感測區域與所述溫度感測區域之間的接地電極， 其中所述第一輸入電極以及所述第二輸入電極相對於所述接地電極對稱地設置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測器裝置，其中所述第一輸入電極、所述第一輸出電極、所述第二輸入電極以及所述第二輸出電極包括多個叉指換能器指狀件以及多個棒電極， 所述第一輸入電極、所述第一輸出電極、所述第二輸入電極以及所述第二輸出電極在所述基板的一側上排列成一行，以及 所述第一輸出電極的所述多個棒電極的長度以及所述第二輸出電極的所述多個棒電極的長度不同於所述第一輸入電極的所述多個棒電極的長度以及所述第二輸入電極的所述多個棒電極的長度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測器裝置，其中所述第一輸入電極、所述第一輸出電極、所述第二輸入電極以及所述第二輸出電極包括多個叉指換能器電極，所述叉指換能器電極包括多個叉指換能器指狀件以及多個棒電極，以及 第一孔徑大於第二孔徑，所述第一孔徑是所述第一輸入電極中所包括的所述多個叉指換能器指狀件彼此交叉並重疊的長度，所述第二孔徑是所述第二輸入電極中的每一個中所包括的所述多個叉指換能器指狀件的長度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的光學感測器裝置，其中所述基板包括接近於所述第一光感測區域的第二光感測區域， 在所述第二光感測區域中，設置有第三輸入電極、第三輸出電極以及第二感測膜，所述第三輸入電極與所述第三輸出電極以在所述第三輸入電極與所述第三輸出電極之間的第三延遲間隙彼此隔開，所述第二感測膜配置成覆蓋所述第三延遲間隙，以及 所述第一感測膜以及所述第二感測膜中的一個配置成檢測可見光，且所述第一感測膜以及所述第二感測膜中的另一個配置成檢測紫外線。
  10. 一種光學感測器封裝件，包括： 印刷電路板，包括第一接合墊區域以及第二接合墊區域； 光學感測器裝置，設置在所述印刷電路板上且經由打線接合連接到所述第一接合墊區域； 積體電路晶片，設置在所述印刷電路板上且連接到所述第二接合墊區域； 模封部分，包圍所述光學感測器裝置且模封所述第二接合墊區域以及讀出積體電路；以及 透明基板，設置在所述模封部分上且與所述光學感測器裝置形成氣隙， 其中所述光學感測器裝置包括： 基板，包括第一光感測區域以及溫度感測區域，且所述基板包括壓電材料； 第一輸入電極以及第一輸出電極，設置在所述第一光感測區域中且以在所述第一輸入電極與所述第一輸出電極之間的第一延遲間隙彼此隔開； 第一感測膜，與所述第一延遲間隙重疊且配置成覆蓋所述第一輸入電極以及所述第一輸出電極的至少一些部分；以及 第二輸入電極以及第二輸出電極，設置在所述溫度感測區域中且以在所述第二輸入電極與所述第二輸出電極之間的第二延遲間隙彼此隔開，且 其中所述第二延遲間隙暴露於空氣。
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