TW202113311A - 減少光學感測器模組中之光學串擾 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種裝置，其包含一基板、安裝於該基板上之一光發射器及安裝在該基板上之一光接收器，該光接收器包含一光敏區域。該基板包含一或多個擋光孔，其或其等經配置以防止由該光發射器產生的至少一些光行進穿過該基板而因此在該光接收器中產生光學串擾。
Description
本發明係關於減少光學感測器模組中之光學串擾。
各種類型之光學感測器模組(諸如光學近接感測器模組、環境光感測器模組、測距感測器模組(諸如飛行時間(TOF)感測器模組)、2D成像感測器模組及3D成像感測器模組(諸如結構光感測器模組) )可整合至智慧型手機及其他攜帶式運算器件中。許多此等感測器模組包含光發射器及光感測器兩者以執行其等之功能。對於許多應用，期望避免從光發射器至光感測器之內部串擾。
本發明描述用於減少光學感測器模組中之光學串擾之技術。
舉例而言，在一個態樣中，本發明描述一種裝置，其包含一基板、安裝於該基板上之一光發射器及安裝於該基板上之一光接收器，該光接收器包含一光敏區域。該基板包含一或多個擋光孔，其或其等經配置以防止由該光發射器產生之至少一些光行進穿過該基板而因此在該光接收器中產生光學串擾。
一些實施方案包含一或多個以下特徵。舉例而言，在一些實例中，該一或多個擋光孔之至少一者不用於一電氣功能。該基板進一步包含提供電氣功能之一或多個導電孔。在一些情況下，該基板包含一印刷電路板。舉例而言，該擋光孔可包括銅。該擋光孔可採取多種形式，諸如貫通電鍍孔、盲孔或埋孔。在一些實施方案中，該光發射器包含一LED、一雷射二極體、一VCSEL或一邊緣發射雷射之至少一者，且該光敏區域包含一光電二極體或空間分佈光敏元件之一陣列之至少一者。在一些實例中，該基板包含複數個擋光孔，該複數個擋光孔經配置以防止由該光發射器產生的至少一些光行進穿過該基板以產生該光接收器中之光學串擾。
在另一態樣中，本發明描述一種方法，其包含相對於包含安裝於一基板上之一光發射器及一光接收器之一光學封裝設計執行一電腦模擬。該電腦模擬識別穿過該基板之一或多個路徑，由該光發射器產生之一些光可能沿該一或多個路徑行進並入射於該光接收器上。該方法進一步包含在該基板中形成至少一個擋光孔。該至少一個擋光孔經配置以在該光發射器及該光接收器安裝於該基板上時防止由該光發射器產生的至少一些光行進穿過該基板而因此在該光接收器中產生光學串擾。
一些實施方案包含一或多個以下特徵。舉例而言，在一些實例中，在該基板上形成至少一個擋光孔包含在該基板上形成一孔洞並用銅電鍍該孔洞。該基板可包含一印刷電路板。在一些情況下，該至少一個擋光孔不用於一電氣功能。該至少一個擋光孔可採取多種形式，諸如一貫通電鍍孔、一盲孔或一埋孔。在一些實施方案中，該方法包含在該基板中形成複數個擋光孔，其中該等擋光孔經配置以在該光發射器及該光接收器安裝於該基板上時防止由該光發射器產生的至少一些光行進穿過該基板而因此在該光接收器中產生光學串擾。
在一些實施方案中，該等擋光孔可使用如用於形成電氣孔的相同技術製作。因此，在一些情況下，該等擋光孔可被併入至該印刷電路板中，而無需額外製造步驟。
其他態樣、特徵及優勢將自以下實施方式、附圖及發明申請專利範圍易於暸解。
圖1及圖2繪示包含一光發射通道102及一光偵測通道104之一光電子封裝100之一實例。舉例而言，一或多個光發射器106及一光接收器108可安裝於一印刷電路板(PCB)或其他基板110上。各光發射器106可操作以依一特定波長或波長範圍發射光。在一些實施方案中，各光發射器106可實施為一發光二極體(LED)、一雷射二極體、一垂直腔面發射雷射(VCSEL)或一邊緣發射雷射(EEL)。
可為通道102、104之各者提供各自模製透鏡114、116。來自該(等)光發射器106之光可操作以透過透鏡114被引導出封裝100。在一些應用(例如，近接感測)中，一些光可由封裝外部之一物件反射朝向偵測通道104，其中光可在穿過透鏡116之後被光接收器108感測。
舉例而言，光接收器108可包含一光電偵測器(例如，任何種類之光電二極體或空間分佈光敏元件之一陣列(例如，SPAD) )，且亦可包含邏輯及其他電子裝置(例如，一電子控制單元)以讀取及處理來自光電偵測器之信號。圖2指示接收器108之一光敏區域109。舉例而言，感測器之電子控制電路可實施為具有適當數位邏輯及/或其他硬體組件(例如，讀出暫存器；放大器；類比轉數位轉換器；時鐘驅動器；時序邏輯；信號處理電路；一微處理器；及/或諸如I2C或SPI的介面)之一或多個半導體晶片中的一或多個積體電路。控制電路及處理電路以及相關記憶體可與光接收器108駐留於同一半導體晶片中，或駐留於一或多個其他半導體晶片中。在一些實例中，控制電路及處理電路可在封裝100外部；舉例而言，控制電路及處理電路可整合至封裝100安置於其中之一主機器件之一處理器中。
在發射器通道102及接收器通道104上方具有各自孔隙124、126(見圖2)的一殼體120可橫向圍繞該等通道，且亦可充當封裝100之一罩蓋。舉例而言，殼體120可由對於由該(等)發射器106產生之光的(若干)波長實質上不透明之環氧樹脂或其他聚合物材料組成。在一些應用中，發射器106可操作以產生紅外(IR)光；在一些實施方案中，一或多個發射器可操作以產生可見或紫外(UV)光譜範圍內的光。在一些情況下，殼體120之一內壁122部分有助於在光發射通道102與光偵測通道104之間提供光學隔離。
舉例而言，該(等)發射器106及該光接收器108可藉由導電墊及/或線接合電連接至PCB 110。圖2繪示上方可安裝光發射器126之晶粒墊128之實例。圖2亦繪示用於(例如，經由線接合)電連接至接收器108上之導電墊132之PCB 110上之導電墊130之實例。
PCB 110繼而可電連接至一主機器件(例如，一智慧型手機或其他攜帶式運算器件)內之其他組件。本發明中所提及之智慧型手機及其他攜帶式運算器件之設計可包含一或多個處理器、一或多個記憶體(例如，RAM)、儲存器(例如，磁碟或快閃記憶體)、一使用者介面(其可包含，例如，一小鍵盤、一TFT LCD或OLED顯示螢幕、觸控或其他手勢感測器、一攝影機或其他光學感測器、一羅盤感測器、一3D磁力計、三軸加速度計、三軸陀螺儀、一或多個麥克風等，以及用於提供一圖形使用者介面的軟體指令)、此等元件之間的互連(例如，匯流排)及用於與其他器件通信之一介面(其可為無線的，諸如GSM、3G、4G、CDMA、WiFi、WiMax、Zigbee或藍芽，及/或有線的，諸如透過一乙太網路區域網路、一T-1網際網路連接等)。
儘管殼體120之內壁122部分可有助於在光發射通道102與光偵測通道104之間提供光學隔離，但在一些實例中，如若未採取合適措施，則PCB 110可為該(等)發射器106與該接收器108之光敏區域109之間的內部光學串擾提供額外路徑。在PCB或其他基板110由允許基板110充當可將光從該(等)發射器106耦合至該接收器108之一波導之材料組成的情況下，此可能尤其有問題。透過PCB或其他基板110之交叉耦合可為由該(等)發射器106產生之光直接被引導至PCB或其他基板中之結果，或可能由一些發射器光，舉例而言，因該(等)發射器106上方的孔隙124的存在而被反射所致。
為減少或消除供由該(等)發射器106產生之光行進穿過PCB或其他基板110至接收器之光敏區域109的潛在路徑，可在PCB或其他基板110中設置一或多個擋光孔140 (見圖2)。擋光孔140可形成於PCB或其他基板110內之位置處，以與來自該(等)發射器106之光否則將沿著其(等)行進以到達接收器108之光敏區域109的(若干)路徑相交。擋光孔140因此阻擋由該(等)發射器106產生，且行進穿過PCB或其他基板110之光，其中在無(若干)擋光孔的情況下，光將入射於接收器108上。
舉例而言，PCB或其他基板110內部之擋光孔140之理想位置可基於針對特定封裝設計的電腦模擬判定。可針對各發射器106執行此等模擬以判定是否可能存在穿過PCB或其他基板110之供顯著光學串擾發生之路徑，且若是，則應設置多少孔140，以及其等在PCB或其他基板內的精確定位。
PCB或其他基板110可包含兩個不同群組之孔：(i)一第一群組，其提供PCB之不同導電層之間之電連接且提供至或來自安裝於PCB上之組件(例如，(該)等光發射器106及該接收器108)之電連接，及(ii)一第二群組，其提供擋光功能以減少(該)等光發射器106與該接收器108之間的內部光學串擾。在一些實例中，兩個群組之孔之間可能存在部分或完全重疊。因此，一些或所有孔可提供電氣功能以及擋光功能兩者。在其他實例中，至少一些孔提供擋光功能，但不用於一電氣功能。
在一些實例中，PCB 110係由玻璃纖維、複合環氧樹脂或其他層壓材料組成之一薄板。導電通路可經蝕刻或印刷至該板上，從而電連接PCB上之不同組件。擋光孔140的形成可與用於形成連接例如，藉由不導電(例如，介電)材料之層彼此分離之PCB之不同金屬層之導電(例如，銅)孔之技術一致。因此，擋光孔140可藉由在指定位置處(例如，藉由雷射鑽孔)提供部分或完全穿過PCB 110的孔洞，及用銅電鍍或填充孔洞(部分或完全)來形成。
圖3繪示可充當擋光孔140之孔140A至140F之不同實例。在一些情況下，藉由電鍍(例如，銅)使用作孔之孔洞導電。舉例而言，孔140A係一貫通電鍍孔，而盲孔140B、140C僅分別曝露於PCB 110之一側上。埋孔140D連接內層而不曝露於PCB 110之任一表面上。對於加篷(tented)孔或加蓋孔140E，孔洞覆蓋有焊料遮罩。對於堵塞孔140F，孔洞被密封。在一些實施方案中，所有擋光孔140為相同類型。在其他情況下，一些擋光孔140可能為第一類型，而其他擋光孔140可能為一第二、不同類型。
圖4A及圖4B繪示(若干)擋光孔140之存在可如何有利於減少內部光學串擾之一實例。如圖4A所示，無一擋光孔的情況下，由發射器106產生之一些光148可舉例而言，由透鏡114反射回朝向PCB 110。反射光150繼而可在PCB 110內部被反射，使得其入射於光接收器108上，且特定言之接收器之光敏區域109上。另一方面，如圖4B所示，一或多個擋光孔140的存在可與光路徑相交以阻擋光150，且防止其到達光接收器108。在一些實例中，擋光(例如，銅)平面可設置於頂部及/或底部基板層上用於進一步遮光且有助於減少光學封裝系統內的光學串擾。
圖5係繪示根據本發明之一方法中的操作之一流程圖。如200處指示，該方法包含相對於包含安裝於一基板(例如，一PCB)上之一光發射器及一光接收器之一光學封裝設計執行一電腦模擬。該電腦模擬識別穿過該基板之一或多個路徑，由該光發射器產生之一些光可能沿該一或多個路徑行進並入射於該光接收器上。如202處指示，該方法進一步包含在該基板中形成至少一個擋光孔，其中該至少一個擋光孔經配置以在該光發射器及該光接收器安裝於該基板上時防止由該光發射器產生的至少一些光行進穿過該基板而因此在該光接收器中產生光學串擾。
當判定擋光孔140在PCB或其他基板110中之放置時，應注意避免產生電短路，該等電短路可能干擾或中斷封裝100中之組件之適當電氣操作。另一方面，用於放置具有一電氣功能之孔的設計規則可能不適用於僅具有一擋光功能但不具有一電氣功能的孔140。因此，在一些實例中，與使用用於放置具有一電氣功能之孔的設計規則可能允許相比，多個孔140可能被放置為更靠近彼此。
各種修改在本發明之精神將易於暸解。因此，其他實施方案在發明申請專利範圍之範疇內。
100:光電子封裝
102:光發射通道
104:光偵測通道
106:光發射器
108:光接收器
109:光敏區域
110:基板
114:透鏡
116:透鏡
120:殼體
122:內壁
124:孔隙
126:孔隙
128:晶粒墊
130:導電墊
132:導電墊
140:擋光孔
140A:孔
140B:孔/盲孔
140C:孔/盲孔
140D:孔/埋孔
140E:孔/加篷(tented)孔或加蓋孔
140F:孔/堵塞孔
148:光
150:反射光
200:步驟
202:步驟
圖1係一光電子封裝之一橫截面視圖。
圖2係圖1之光電子封裝之一分解圖。
圖3繪示一印刷電路板中之各種類型之擋光孔。
圖4A及圖4B繪示一擋光孔可如何減少內部光學串擾之一實例。
圖5係一方法之一流程圖。
106:光發射器
108:光接收器
109:光敏區域
110:基板
114:透鏡
116:透鏡
120:殼體
124:孔隙
126:孔隙
128:晶粒墊
130:導電墊
132:導電墊
140:擋光孔
Claims (20)
- 一種裝置，其包括： 一基板； 一光發射器，其安裝於該基板上；及 一光接收器，其安裝於基板上，該光接收器器包含一光敏區域； 其中該基板包含一或多個擋光孔，其或其等經配置以防止由該光發射器產生之至少一些光行進穿過該基板而因此在該光接收器中產生光學串擾。
- 如請求項1之裝置，其中該一或多個擋光孔之至少一者不用於一電氣功能。
- 如請求項1之裝置，其中該基板進一步包含提供電氣功能之一或多個導電孔。
- 如先前請求項中任一項之裝置，其中該基板包括一印刷電路板。
- 如先前請求項中任一項之裝置，其中該一或多個擋光孔包括銅。
- 如請求項1至5中任一項之裝置，其中該一或多個擋光孔係一貫通電鍍孔。
- 如請求項1至5中任一項之裝置，其中該一或多個擋光孔係盲孔。
- 如請求項1至5中任一項之裝置，其中該一或多個擋光孔係埋孔。
- 如先前請求項中任一項之裝置，其中該光發射器包含一LED、一雷射二極體、一VCSEL或一邊緣發射雷射之至少一者，且該光敏區域包含一光電二極體或空間分佈光敏元件之一陣列之至少一者。
- 如先前請求項中任一項之裝置，其中該基板包含複數個擋光孔，該複數個擋光孔經配置以防止由該光發射器產生的至少一些光行進穿過該基板以產生該光接收器中之光學串擾。
- 如先前請求項中任一項之裝置，其包含在該基板之一頂部或底部之至少一者上之一擋光平面。
- 一種方法，其包括： 相對於包含安裝於一基板上之一光發射器及一光接收器之一光學封裝設計執行一電腦模擬，其中該電腦模擬識別穿過該基板之一或多個路徑，由該光發射器產生之一些光可能沿該一或多個路徑行進並入射於該光接收器上；且 在該基板中形成至少一個擋光孔，其中該至少一個擋光孔經配置以在該光發射器及該光接收器安裝於該基板上時防止由該光發射器產生的至少一些光行進穿過該基板而因此在該光接收器中產生光學串擾。
- 如請求項12之方法，其中在該基板中形成至少一個擋光孔包含在該基板中形成一孔洞並用銅電鍍該孔洞。
- 如請求項12或13之方法，其中該基板包括一印刷電路板。
- 如請求項12至14中任一項之方法，其中該至少一個擋光孔不用於一電氣功能。
- 如請求項12至14中任一項之方法，其中該至少一個擋光孔包括銅。
- 如請求項12至16中任一項之方法，其中該至少一擋光孔包含一貫通電鍍孔。
- 如請求項12至16中任一項之方法，其中該至少一個擋光孔包含一盲孔。
- 如請求項12至16中任一項之方法，其中該至少一個擋光孔包含一埋孔。
- 如請求項12至19中任一項之方法，其包含在該基板中形成複數個擋光孔，其中該等擋光孔經配置以在該光發射器及該光接收器安裝於該基板上時防止由該光發射器產生的至少一些光行進穿過該基板而因此在該光接收器中產生光學串擾。
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