TW202412235A - 直接飛時測距模組及其製作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種直接飛時測距模組，其包括有：一基板、一晶片組件、一發射雷射組件以及一成型層。該晶片組件以及該發射雷射組件分別連接於該基板二側，該晶片組件更以一銲線與該基板電訊連接。而該成型層以壓模封膠製程製作於該基板表面上，且包覆該晶片組件、該發射雷射組件以及該銲線。由於該成型層僅有150微米(㎛)，可達到將本發明直接飛時測距模組進行薄型化的功效。
Description
本發明屬於一種飛時測距模組，特別是指一種以壓模封膠製程使模組薄型化的直接飛時測距模組及其製作方法。
現今的智能電話、平板電腦或其他手持裝置搭配有光學模組，來達成手勢偵測、三維(3D)成像或近接偵測或者相機對焦等功能。操作時，飛行時間(TOF)感測器向場景中發射近紅外光，利用光的飛行時間信息，測量場景中物體的距離。飛行時間(TOF)感測器的優點是深度信息計算量小，抗干擾性強，測量範圍遠，因此已經漸漸受到青睞。
而飛行時間(TOF)感測器的核心組件包含：光源，特別是紅外線垂直共振腔面射雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)；光感測器，特別是單光子雪崩二極體(Single Photon Avalanche Diode, SPAD)；和時間至數位轉換器(Time to Digital Converter, TDC)。SPAD是一種具有單光子探測能力的光電探測雪崩二極體，只要有微弱的光信號就能產生電流。飛行時間(TOF)感測器中的VCSEL向場景發射脈衝波，SPAD接收從目標物體反射回來的脈衝波，TDC記錄發射脈衝和接收脈衝之間的時間間隔，利用飛行時間計算待測物體的深度信息。
現行市面上主流飛行時間(TOF)感測器通常架構為在一載板承載一VCSEL以及一SPAD，再以一殼體封蓋的三層架構，使得整體厚度約1毫米(mm)。因此在現今智能手機的薄型化設計趨勢下，如何去壓縮各元件的模組厚度，去開發出一種更加薄型化的鏡頭，一直是業界所努力的目標。
本發明之目的在於提供一種直接飛時測距模組及其製作方法，其藉由將以壓模封膠製程取代殼體製程，以達到薄型化直接飛時測距模組的功效。
本發明之目的在於提供一種直接飛時測距模組及其製作方法，其藉由將窄帶濾光片作內嵌式在晶片上，以達到薄型化直接飛時測距模組的功效。
本發明之目的在於提供一種直接飛時測距模組及其製作方法，其藉由將對應垂直腔面發射雷射體位置處設置一透鏡體，以平行光束，達到提高光束強度，增加偵測靈敏度的功效。
為達到上述目的，本發明提供一種直接飛時測距模組，其包括有：一基板、一晶片組件、一發射雷射組件以及一成型層。該晶片組件與該基板相連接，該晶片組件位於該基板一側，包括有：一晶片本體、一單光子崩潰二極體、一第一窄帶濾光片以及一第一黑樹脂層。該晶片本體具有一開槽，且以一銲線與該基板電訊連接。該單光子崩潰二極體位於該開槽內。該第一窄帶濾光片連接於該晶片本體上，且覆蓋該單光子崩潰二極體。該第一黑樹脂層覆蓋該第一窄帶濾光片，該第一黑樹脂層具有一第一開孔，該第一開孔位置與該單光子崩潰二極體位置相對應。該發射雷射組件與該基板相連接，該發射雷射組件位於該基板另一側，包括有：一垂直腔面發射雷射體、一第二窄帶濾光片以及一第二黑樹脂層。該垂直腔面發射雷射體與該基板相連接。該第二窄帶濾光片覆蓋該垂直腔面發射雷射體。該第二黑樹脂層覆蓋該第二窄帶濾光片，該第二黑樹脂層具有一第二開孔。該成型層與該基板相連接，且覆蓋該晶片組件以及該發射雷射組件，該成型層表面與該基板相距有一高度。
於本發明之一較佳實施例中，該基板厚度為150微米(Micrometer，㎛)、該高度為150微米(㎛)以及該晶片本體厚度為70微米(㎛)。
於本發明之一較佳實施例中，該基板為一印刷電路板（Printed circuit board，PCB）或一軟性印刷電路板（Flexible Printed Circuit，FPC）。
於本發明之一較佳實施例中，該成型層為環氧樹脂（Epoxy）、酚醛樹脂 (phenolic resins)、聚丁烯對苯二甲酸脂樹脂類（Polybutylene Terephthalate，PBT）所製成，且該成型層透光率大於70%。
於本發明之一較佳實施例中，該銲線為金、銀或銅所製成。
於本發明之一較佳實施例中，該第一窄帶濾光片厚度以及該第二窄帶濾光片厚度皆為0.1微米至10微米之間，且以有機材質或無機材質所製成。
於本發明之一較佳實施例中，該第一黑樹脂層厚度以及該第二黑樹脂層厚度皆為0.1微米至10微米之間，且以環氧樹脂、矽膠或壓克力材質所製成。
於本發明之一較佳實施例中，該銲線為一曲線形狀，該銲線的一頂端與該晶片本體表面相距有40微米，且該頂端與該成型層表面相距有40微米。
於本發明之一較佳實施例中，該直接飛時測距模組更包括有一透鏡體，該透鏡體與該成型層表面相連接，且該透鏡體位置與該垂直腔面發射雷射體位置相對應，該透鏡體外緣具有一弧形曲面，該弧形曲面曲率半徑為0.1至2毫米(mm)之間，該透鏡體頂端與該成型層表面相距0.001至0.1毫米(mm)之間，且該透鏡體與該成型層表面相連接為0.05至5毫米(mm)之間，該透鏡體為環氧樹脂（Epoxy）、酚醛樹脂 (phenolic resins)、聚丁烯對苯二甲酸脂樹脂類（Polybutylene Terephthalate，PBT）所製成。
為達到上述目的，本發明提供一種直接飛時測距模組的製作方法，其包括有下列步驟：
步驟(a)：提供一晶片本體以及一垂直腔面發射雷射體，該晶片本體具有一開槽，且該開槽內容置一單光子崩潰二極體。
步驟(b)：將一窄帶濾光片層同時位於該晶片本體表面上以及該垂直腔面發射雷射體表面上，該窄帶濾光片層覆蓋該單光子崩潰二極體，且使該晶片本體表面具有一接線區。
步驟(c)：將一黑樹脂層位於該窄帶濾光片層上，該黑樹脂層具有一第一開口以及一第二開口，該第一開口位置與該單光子崩潰二極體位置相對應，該第二開口位置與該垂直腔面發射雷射體相對應。
步驟(d)：提供一基板，將該晶片本體以及該垂直腔面發射雷射體連接於該基板二側。
步驟(e)：將一銲線分別連接該接線區以及該基板表面。
步驟(f)：覆蓋一成型層於該基板表面上，該成型層包覆該黑樹脂層以及該銲線。
為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及構造，茲繪圖就本創作較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解，但須注意的是，所述內容不構成本發明的限定。另外，本說明書中，使用“～”表示之數值範圍係指將“～”前後所記載之數值作為下限值及上限值而包含之範圍。 又，在本說明書中階段性記載之數值範圍中，以某個數值範圍記載之上限值或下限值可置換為其他階段之記載的數值範圍的上限值或下限值。又，本說明書中所記載之數值範圍中，某個數值範圍中所記載之上限值或下限值可置換為實施例所示之值。又，本說明書中的“步驟”這一術語不僅為獨立的步驟，即使在無法與其他步驟明確地區別之情況下，只要可達成該步驟的所期望的目的，則亦包含於本術語中。此外，儘管用語「步驟」及/或「方塊」在本文或圖式中可用於暗指所採用的方法的不同要素，然而除非明確陳述個別步驟的次序且除明確陳述個別步驟的次序以外，該些用語不應被解釋為暗示在本文中所揭露的各種步驟中或各種步驟之間的任何特定次序。
請參閱圖1及圖2所示，其為本發明直接飛時測距模組較佳實施例剖面結構及A部分的局部放大示意圖。本發明提供一種直接飛時測距模組，其包括有：一基板1、一晶片組件2、一發射雷射組件3以及一成型層4。本發明較佳實施例中，該基板1為一印刷電路板(Printed circuit board，PCB)或一軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)，且該基板1厚度t為150微米(Micrometer，㎛)。
該晶片組件2與該基板1相連接，該晶片組件2位於該基板1一側，包括有：一晶片本體21、一單光子崩潰二極體22、一第一窄帶濾光片23以及一第一黑樹脂層24。於本發明較佳實施例中，該晶片本體厚度t1為70微米(㎛)。該晶片本體21具有一開槽211，該單光子崩潰二極體22位於該開槽211內。該晶片本體21以一銲線25與該基板1電訊連接，該銲線25為金、銀或銅所製成。於本發明較佳實施例中，該銲線25為一曲線形狀，且該銲線25的一頂端251與該晶片本體表面212相距有40微米。
該第一窄帶濾光片23連接於該晶片本體21上，且覆蓋該單光子崩潰二極體22。本發明較佳實施例中，該第一窄帶濾光片厚度t2為0.1微米至10微米之間，且以有機材質或無機材質所製成。該第一黑樹脂層24覆蓋該第一窄帶濾光片23，該第一黑樹脂層厚度t3為0.1微米至10微米之間，且以環氧樹脂、矽膠或壓克力材質所製成。該第一黑樹脂層24具有一第一開孔241，該第一開孔241位置與該單光子崩潰二極體22位置相對應。
該發射雷射組件3與該基板1相連接，該發射雷射組件3位於該基板1另一側，包括有：一垂直腔面發射雷射體31、一第二窄帶濾光片32以及一第二黑樹脂層33。該垂直腔面發射雷射體31與該基板1相連接。該第二窄帶濾光片32覆蓋該垂直腔面發射雷射體31，該第二窄帶濾光片厚度t4為0.1微米至10微米之間，且以有機材質或無機材質所製成。該第二黑樹脂層33覆蓋該第二窄帶濾光片32，該第二黑樹脂層厚度t5為0.1微米至10微米之間，且以環氧樹脂、矽膠或壓克力材質所製成。該第二黑樹脂層33具有一第二開孔331。
該成型層4以壓模封膠製程與該基板1相連接，且覆蓋該晶片組件2以及該發射雷射組件3，該成型層表面41與該基板1相距有一高度h，該高度h為150微米(㎛)，將使本發明直接飛時測距模組整體高度降低至300微米(㎛)內。本發明較佳實施例中，該成型層4為環氧樹脂(Epoxy)、酚醛樹脂 (phenolic resins)、聚丁烯對苯二甲酸脂樹脂類(Polybutylene Terephthalate，PBT)所製成，且該成型層4透光率大於70%。而該銲線頂端251與該成型層4表面41相距有40微米。
於本發明較佳實施例中，該直接飛時測距模組更包括有一透鏡體5，該透鏡體5與該成型層表面41相連接，且該透鏡體5位置與該垂直腔面發射雷射體31位置相對應，該透鏡體外緣51具有一弧形曲面，該弧形曲面曲率半徑為0.1至2毫米(mm)之間，該透鏡體頂端52與該成型層表面相距0.001至0.1毫米(mm)之間，且該透鏡體5與該成型層表面41相連接為0.05至5毫米(mm)之間，該透鏡體5為環氧樹脂（Epoxy）、酚醛樹脂 (phenolic resins)、聚丁烯對苯二甲酸脂樹脂類（Polybutylene Terephthalate，PBT）所製成。
請參閱圖3至圖8所示，其為本發明直接飛時測距模組的製作方法數個動作流程剖面結構及流程方塊示意圖。本發明提供一種直接飛時測距模組的製作方法，其包括有下列步驟：
步驟S91：提供一晶片本體21以及一垂直腔面發射雷射體31，該晶片本體21具有一開槽211，且該開槽211內容置一單光子崩潰二極體22。
步驟S92：將一窄帶濾光片層60同時位於該晶片本體表面212上以及該垂直腔面發射雷射體31表面上，該窄帶濾光片層60具有一第一窄帶濾光片23以及一第二窄帶濾光片32，該第一窄帶濾光片23覆蓋該單光子崩潰二極體22，且使該晶片本體表面212具有一接線區21。
步驟S93：將一黑樹脂層70位於該窄帶濾光片層60上，該黑樹脂層70具有一第一黑樹脂層24以及一第二黑樹脂層33，該第一黑樹脂層24位於該第一窄帶濾光片23上，該第二黑樹脂層33位於該第二窄帶濾光片32上，該第一黑樹脂層24具有一第一開口241，該第一開口241位置與該單光子崩潰二極體22位置相對應，該第二黑樹脂層33具有一第二開口331，該第二開口331位置與該垂直腔面發射雷射體31相對應。
步驟S94：提供一基板1，將該晶片本體21以及該垂直腔面發射雷射體31連接於該基板1二側。
步驟S95：將一銲線25分別連接該接線區213以及該基板1表面。
步驟S96：覆蓋一成型層4於該基板1表面上，該成型層4包覆該黑樹脂層70以及該銲線25。
透過上述之詳細說明，即可充分顯示本發明之目的及功效上均具有實施之進步性，極具產業之利用性價值，完全符合發明專利要件，爰依法提出申請。唯以上所述僅為本發明較佳的實施例，並非因此限制本發明的實施方式及保護範圍，對於本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本發明說明書及圖示內容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發明的保護範圍內。
1:基板
2:晶片組件
21:晶片本體
211:開槽
212:晶片本體表面
22:單光子崩潰二極體
23:第一窄帶濾光片
24:第一黑樹脂層
241:第一開孔
25:銲線
251:銲線頂端
3:發射雷射組件
31:垂直腔面發射雷射體
32:第二窄帶濾光片
33:第二黑樹脂層
331:第二開孔
4:成型層
41:成型層表面
5:透鏡體
51:透鏡體外緣
52:透鏡體頂端
60:窄帶濾光片層
70:黑樹脂層
t:基板厚度
t1:晶片本體厚度
t2:第一窄帶濾光片厚度
t3:第一黑樹脂層厚度
t4:第二窄帶濾光片厚度
t5:第二黑樹脂層厚度
h:高度
S91~ S96:流程步驟
圖1為本發明直接飛時測距模組較佳實施例剖面結構示意圖。
圖2為本發明圖1中A部分的局部放大示意圖。
圖3為本發明直接飛時測距模組的製作方法第一動作流程剖面結構示意圖。
圖4為本發明直接飛時測距模組的製作方法第二動作流程剖面結構示意圖。
圖5為本發明直接飛時測距模組的製作方法第三動作流程剖面結構示意圖。
圖6為本發明直接飛時測距模組的製作方法第四動作流程剖面結構示意圖。
圖7為本發明直接飛時測距模組的製作方法第五動作流程剖面結構示意圖。
圖8為本發明直接飛時測距模組的製作方法較佳實施例流程方塊示意圖。
1:基板
2:晶片組件
21:晶片本體
211:開槽
212:晶片本體表面
22:單光子崩潰二極體
23:第一窄帶濾光片
24:第一黑樹脂層
241:第一開孔
25:銲線
251:銲線頂端
3:發射雷射組件
4:成型層
41:成型層表面
5:透鏡體
t:基板厚度
t1:晶片本體厚度
t2:第一窄帶濾光片厚度
t3:第一黑樹脂層厚度
h:高度
Claims (10)
- 一種直接飛時測距模組，其包括有： 一基板； 一晶片組件，與該基板相連接，該晶片組件位於該基板一側，包括有： 一晶片本體，具有一開槽，且以一銲線與該基板電訊連接； 一單光子崩潰二極體，位於該開槽內； 一第一窄帶濾光片，連接於該晶片本體上，且覆蓋該單光子崩潰二極體； 一第一黑樹脂層，覆蓋該第一窄帶濾光片，該第一黑樹脂層具有一第一開孔，該第一開孔位置與該單光子崩潰二極體位置相對應； 一發射雷射組件，與該基板相連接，該發射雷射組件位於該基板另一側，包括有： 一垂直腔面發射雷射體，與該基板相連接； 一第二窄帶濾光片，覆蓋該垂直腔面發射雷射體； 一第二黑樹脂層，覆蓋該第二窄帶濾光片，該第二黑樹脂層具有一第二開孔； 一成型層，與該基板相連接，且覆蓋該晶片組件以及該發射雷射組件，該成型層表面與該基板相距有一高度。
- 如請求項1所述直接飛時測距模組，其中，該基板厚度為150微米(Micrometer，㎛)、該高度為150微米(㎛)以及該晶片本體厚度為70微米(㎛)。
- 如請求項1所述直接飛時測距模組，其中，該基板為一印刷電路板(Printed circuit board，PCB)或一軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit，FPC)。
- 如請求項1所述直接飛時測距模組，其中，該成型層為環氧樹脂(Epoxy)、酚醛樹脂(phenolic resins)、聚丁烯對苯二甲酸脂樹脂類(Polybutylene Terephthalate，PBT)所製成，且該成型層透光率大於70%。
- 如請求項1所述直接飛時測距模組，其中，該銲線為金、銀或銅所製成。
- 如請求項1所述直接飛時測距模組，其中，該第一窄帶濾光片厚度以及該第二窄帶濾光片厚度皆為0.1微米至10微米之間，且以有機材質或無機材質所製成。
- 如請求項1所述直接飛時測距模組，其中，該第一黑樹脂層厚度以及該第二黑樹脂層厚度皆為0.1微米至10微米之間，且以環氧樹脂、矽膠或壓克力材質所製成。
- 如請求項1所述直接飛時測距模組，其中，該銲線為一曲線形狀，該銲線的一頂端與該晶片本體表面相距有40微米，且該頂端與該成型層表面相距有40微米。
- 如請求項1所述直接飛時測距模組，其中，該直接飛時測距模組更包括有一透鏡體，該透鏡體與該成型層表面相連接，且該透鏡體位置與該垂直腔面發射雷射體位置相對應，該透鏡體外緣具有一弧形曲面，該弧形曲面曲率半徑為0.1至2毫米(mm)之間，該透鏡體頂端與該成型層表面相距0.001至0.1毫米(mm)之間，且該透鏡體與該成型層表面相連接為0.05至5毫米(mm)之間，該透鏡體為環氧樹脂(Epoxy)、酚醛樹脂(phenolic resins)、聚丁烯對苯二甲酸脂樹脂類(Polybutylene Terephthalate，PBT)所製成。
- 一種直接飛時測距模組的製作方法，其包括有下列步驟： 提供一晶片本體以及一垂直腔面發射雷射體，該晶片本體具有一開槽，且該開槽內容置一單光子崩潰二極體； 將一窄帶濾光片層同時位於該晶片本體表面上以及該垂直腔面發射雷射體表面上，該窄帶濾光片層覆蓋該單光子崩潰二極體，且使該晶片本體表面具有一接線區； 將一黑樹脂層位於該窄帶濾光片層上，該黑樹脂層具有一第一開口以及一第二開口，該第一開口位置與該單光子崩潰二極體位置相對應，該第二開口位置與該垂直腔面發射雷射體相對應； 提供一基板，將該晶片本體以及該垂直腔面發射雷射體連接於該基板二側； 將一銲線分別連接該接線區以及該基板表面； 覆蓋一成型層於該基板表面上，該成型層包覆該黑樹脂層以及該銲線。
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