TWI388054B - 近接感測器封裝結構及其製作方法 - Google Patents

Description

近接感測器封裝結構及其製作方法

本發明係關於一種近接感測器封裝結構及其製作方法，尤指一種將感測晶片與發光晶片封裝在一起之近接感測器封裝結構及其製作方法。

紅外線(infrared，IR)近接感測器已逐漸應用於手機與掌上型裝置中，例如：能夠使用紅外線近接感測器來控制位於數位相機裝置中之顯示螢幕的開關。當如人的眼睛之物件靠近位於紅外線近接感測器一側之觀景窗時，紅外線近接感測器便會偵測到該物件，而執行關閉顯示螢幕，進而節省顯示螢幕之電源消耗。

請參考第1圖，第1圖為習知近接感測器之組裝結構示意圖。如第1圖所示，習知近接感測器之組裝結構10係用於偵測靠近習知近接感測器之組裝結構10一特定距離d內之物體12，且習知近接感測器之組裝結構10包括一紅外線發光二極體(LED)晶片14、一感測晶片16、一電路板18以及一透明遮蓋20，其中紅外線發光二極體晶片14與感測晶片16係分別設於電路板18上，以分別電性連接至外界。當習知近接感測器之組裝結構10開始操作時，紅外線發光二極體晶片14所產生之光線係具有一特定訊號，且朝上發散地射出，遇到所欲偵測之物體12會被反射至感測晶片16，而感測晶片16接收到具有特定訊號之光線時即判斷偵測到物體12靠近。並且，電路板18係具有一阻隔部22，設於紅外線發光二極體晶片14與感測晶片16之間，以防紅外線發光二極體晶片14所產生具有特定訊號之光線直接被感測晶片16接收到。此外，透明遮蓋20係覆蓋於紅外線發光二極體晶片14、感測晶片16以及電路板18上，以作為保護。

然而，由於紅外線發光二極體晶片所射出之光線係為發散的，並且透明遮蓋具有部分反射特性，所以當紅外線發光二極體晶片所產生之光線經過透明遮蓋時，部分光線會受到透明遮蓋之反射，而被感測晶片接收到，使被所欲偵測之物體反射之光線與被透明遮蓋反射之光線互相干擾，進而造成感測晶片之判斷錯誤。並且，為了避免紅外線發光二極體晶片之光線於尚未射出組裝結構之前被感測晶片偵測到，習知近接感測器之紅外線發光二極體晶片與感測晶片間之距離需盡量遠離，但卻增加了習知近接感測器之組裝結構的體積。因此，為了滿足元件縮小化的趨勢，且避免紅外線發光二極體晶片之光線受到透明遮蓋之部分反射之干擾，改善紅外線近接感測器之結構實為業界努力之目標。

本發明之主要目的之一在於提供一種近接感測器封裝結構及其製作方法，以解決上述之問題，並提升近接感測器封裝結構之感應能力。

為達上述之目的，本發明提供一種近接感測器封裝結構，其包括一具有不可透光性之基板、二設於基板上之第一導電層、多個設於基板上之第二導電層、一發光晶片、一感測晶片以及二封裝膠體。基板具有一第一凹槽以及一第二凹槽，且第一凹槽及第二凹槽分別是由一底面及一由底面向上延伸至基板之上表面之內側壁所界定。該些第一導電層彼此之間電性絕緣，且各第一導電層係自第一凹槽之底面沿其內側壁以相反方向延伸至基板之一外側壁。該些第二導電層彼此之間電性絕緣，且該些第二導電層區分為相隔離之一第一導電部及一第二導電部，第一導電部設置於第二凹槽之底面中央處，而第二導電部係自第二凹槽之底面沿其內側壁延伸至基板之外側壁。發光晶片設於第一凹槽內，且電性連接於第一導電層之間。感測晶片設於第二凹槽內，且電性連接至第二導電層。封裝膠體分別覆蓋於發光晶片以及感測晶片上。

為達上述之目的，本發明提供一種近接感測器封裝結構之製作方法。首先，提供一基板，其中基板具有一第一凹槽以及一第二凹槽，且基板具有不可透光性。接著，於基板之表面形成複數個圖案化溝槽，其中各圖案化溝槽內之基板具有一粗糙表面。然後，於圖案化溝槽內之基板上形成二第一導電層以及多個第二導電層。其後，將一發光晶片與一感測晶片分別接合於第一凹槽內與第二凹槽內之基板上，且電性連接發光晶片與感測晶片分別至第一導電層之間與至第二導電層。

本發明近接感測器封裝結構之製作方法係於一基板上直接形成導電層，然後再將發光晶片與感測晶片設於基板上，使發光晶片與感測晶片得以封裝於同一封裝結構中，藉此縮減近接感測器之體積。並且，本發明之近接感測器封裝結構利用基板具有不可透光之特性，使設於第二凹槽內之感測晶片不受到設於第一凹槽內之發光晶片所產生之光線直接穿過基板而造成誤感應。

請參考第2圖至第6圖，第2圖至第6圖為本發明第一實施例之近接感測器封裝結構之製作方法示意圖。第6圖為本發明第一實施例之近接感測器封裝結構之側視示意圖。如第2圖所示，首先，提供一基板102，其中基板102具有一第一凹槽104以及一第二凹槽106，且第一凹槽104及第二凹槽106分別是由一底面100a及一由底面100a向上延伸至基板102之上表面之內側壁100b所界定。本實施例之第一凹槽104係為一拋物面狀之凹槽，例如：碗狀，但不限於此。此外，基板102係具有不可透光性，且由一複合材料，例如：聚醯亞胺(polyimide)、熱塑性聚酯(thermoplastic polyester)、交聯聚丁烯對苯二甲酸酯樹脂(Crosslinked PBT)或液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer)等，所構成。複合材料係藉由雷射活化而適可於後續製程中在複合材料之表面形成導電層。另外，複合材料包括一摻雜物，例如：二氧化鈦、氮化鋁或二氧化鋯，且摻雜物受到雷射光照射下會被活化而成為一金屬催化劑。於本實施例中，形成基板102之方法係利用射出成型(injection molding)製程，但不限於此，亦可利用其他成型製程來製作出基板102。

接著，如第3圖所示，進行一雷射活化製程，以用一雷射光直接照射於基板102的表面上，使受到雷射光照射之部分基板102之表面被剝蝕，以形成複數個圖案化溝槽108，並且同時位於基板102表面之摻雜物被雷射光活化而成為金屬催化劑。本實施例之圖案化溝槽108可區分為至少二第一圖案化溝槽108a、一第二圖案化溝槽108b以及複數個第三圖案化溝槽108c。第一圖案化溝槽108a係自第一凹槽104之底面100a沿第一凹槽104之內側壁100b以相反方向延伸至基板102之一外側壁102a，且第二圖案化溝槽108b係設於第二凹槽106之底面100a的中央處，而第三圖案化溝槽108c係自第二凹槽106之底面100a沿第二凹槽106之內側壁100b延伸至基板102之外側壁102a。值得注意的是，經過雷射光照射之基板102，亦即位於各圖案化溝槽108內之基板102，會受到雷射光之照射而產生一粗糙表面。

然後，如第3圖至第5圖所示，進行一無電電鍍(electroless plating)製程，將基板102置於一具有金屬離子之化學電鍍溶液中，使金屬離子於各圖案化溝槽108內之基板102上受到金屬催化劑催化而還原成金屬原子，以於各圖案化溝槽108內之基板102上形成一第一電鍍層110，且藉由基板102之粗糙表面，使第一電鍍層110鑲嵌(embeded)於基板102上，並提升第一電鍍層110附著於基板之附著力。接著，進行一有電電鍍(electroplating)製程，於各第一電鍍層110上形成一第二電鍍層112。然後，再進行另一有電電鍍製程，於各第二電鍍層112上形成一第三電鍍層114，以形成二第一導電層116與多個第二導電層118於圖案化溝槽內之基板102上，且各第一導電層116與各第二導電層118分別由第一電鍍層110、第二電鍍層112與第三電鍍層114所構成。該些第一導電層116係彼此之間電性絕緣，且各第一導電層116係形成於經過雷射光活化之第一圖案化溝槽108a內，而具有與第一圖案化溝槽相同之圖案，亦即各第一導電層116係自第一凹槽104之底面100a沿第一凹槽104之內側壁100b以相反方向延伸至基板102之外側壁102a。該些第二導電層118彼此之間電性絕緣，並且該些第二導電層118係區分為相隔離之一第一導電部118a及一第二導電部118b。第一導電部118a係形成於第二圖案化溝槽108b內，而與第二圖案化溝槽108b具有相同圖案，亦即第一導電部118a設置於第二凹槽106之底面100a中央處。第二導電部118b係形成於第三圖案化溝槽108c內，而與第三圖案化溝槽108c具有相同圖案，亦即第二導電部118b自第二凹槽106之底面100a沿第二凹槽106之內側壁100b延伸至基板102之外側壁102a。於本實施例中，所形成之第一電鍍層110係由銅所構成，亦即金屬離子係為銅離子，以助於第二電鍍層112與第三電鍍層114易於設於基板102上。第二電鍍層112由鎳所構成，且第三電鍍層114由金所構成，可避免第一電鍍層110與外界氧氣反應而氧化，並有助於後續金屬導線之銲接與晶片之固晶。但本發明之第二電鍍層112與第三電鍍層114並不限於上述金屬材料，第二電鍍層112亦可為銅、錫、銀、鉑、金或上述之組合，而第三電鍍層114亦可為錫、銀、鉑、金或上述之組合。並且，本發明之第一電鍍層110上並不限於覆蓋二電鍍層，本發明亦可僅進行一有電電鍍製程，而僅覆蓋一第二電鍍層112，例如：金，於第一電鍍層上，或著，本發明亦可進行複數次有電電鍍製程，以於第一電鍍層110上覆蓋複數層電鍍層，包括銅、錫、銀、鉑、金或上述之組合。此外，於第一電鍍層110上形成第二電鍍層112之方法並不限於有電電鍍製程，亦可為濺鍍、物理氣相沈積等製程。

接著，如第6圖所示，進行一固晶製程，利用一導電膠(圖未示)將一發光晶片120接合於第一凹槽104內之基板102上，以及將一感測晶片122接合於第二凹槽106內之基板102上。然後，進行一電連接製程，例如：銲線製程，利用複數條第一金屬導線124將發光晶片120電性連接於第一導電層116之間，且將感測晶片122電性連接至各第二導電部118b。但本發明不限於進行固晶製程以及銲線製程，亦可進行覆晶製程，以同時固晶與電連接。接著，進行一點膠製程，以形成二封裝膠體126，分別覆蓋於感測晶片122以及發光晶片120上，且包覆第一金屬導線124，進而避免發光晶片120、感測晶片122以及第一金屬導線124受外界之觸碰而損壞。至此已完成本實施例之近接感測器封裝結構100。於本實施例中，感測晶片122包括一近接感測晶片(proximity sensing device)128以及一濾波塗層(filter coating layer)130，其中近接感測晶片128係用於偵測從發光晶片120射出具有一特定訊號之光線，且濾波塗層130係設於近接感測晶片128之感光面上，以用於將非發光晶片122所產生之光線過濾掉，例如：紅外光，僅讓紅外光穿透，使近接感測晶片128之運作不受外界太陽光之影響。並且，本實施例之封裝膠體126係一透明膠體，例如：環氧樹脂，所構成，而本實施例之發光晶片120係為一可產生紅外光之發光二極體，但不限於此，亦可為其他波長之發光二極體。另外，本發明之感測晶片122並不限於僅包括近接感測晶片128，且本發明之感測晶片122亦可另包括一環境光感測(ambient light sensor)元件，而環境光感測晶片係用於偵測周遭環境之光強度，以作為整合性感光元件裝置。

另外，本發明之感測晶片與環境光感測晶片亦可分開來設置。請參考第7圖，第7圖為本發明第二實施例之近接感測器封裝結構之上視示意圖。如第7圖所示，相較於第一實施例，於形成第一導電層116與第二導電層118之步驟中，本實施例製作近接感測器封裝結構200之方法另包括於基板102上形成二第三導電層202，且第三導電層202位於相反於第一導電層116之第二導電層118之另一側。並且，於固晶製程中，本實施例之方法另包括將一環境光感測晶片204設置於第三導電層202上。於電連接製程中，本實施例之 方法另包括利用一第二金屬導線206電性連接環境光感測晶片204與第三導電層202。值得注意的是，感測晶片122亦可不包括濾波塗層，而於近接感測器封裝結構200之封裝膠體126中摻雜濾波物質，使封裝膠體126成為一濾波膠體，設於感測晶片122上，用以過濾非發光晶片產生之光線。於本實施例中，環境光感測晶片204係設於相反於發光晶片120之感測晶片122之另一側，且本發明不限於此，本發明之環境光感測晶片亦可設於感測晶片與發光晶片之間。請參考第8圖，第8圖為本發明第二實施例之近接感測器封裝結構之另一實施態樣之上視示意圖。如第8圖所示，本實施態樣之第三導電層202係設置於第一導電層116與第二導電層118之間，且環境光感測晶片204設置於第三導電層202上並與第三導電層電性連接。

為了更清楚說明本實施例之近接感測器封裝結構與所欲偵測物體間之位置關係以及感測晶片與發光晶片間之相對位置，請參考第9圖，第9圖為本發明近接感測器封裝結構於偵測不同距離之物體時感測晶片與發光晶片間之相對位置之示意圖。如第9圖所示，當一物體132靠近近接感測器封裝結構100至兩者間之距離為第一距離d₁ 時，發光晶片120所產生具有特定訊號之光線朝一第一特定角度射出，會經由第一光路徑134被物體132反射至與發光晶片120間之距離為第二距離d₂ 之感測晶片122。當物體132靠近近接感測器封裝結構100至兩者間之距離為第三距離d₃ 時，發光晶片120之光線朝第一特定角度射出，會經由第二光路徑136被物體132反射至與發光晶片120間之距離為第四距離d₄ 之感測晶片122。另外，改變碗狀結構之聚焦方向可使光線朝不同角度射出，藉此當物體132靠近近接感測器封裝結構100至兩者間之距離為第一距離d₁ 時，發光晶片120之光線朝一第二特定角度射出，會經由第三光路徑138被物體132反射至與發光晶片120間之距離為第四距離d₄ 之感測晶片120。由此可知，改變碗狀結構之聚焦方向或改變感測晶片122與發光晶片120間之距離可調整近接感測器封裝結構100與所欲偵測物體132間之距離。此外，環境光感測晶片之位置需於確定感測晶片與發光晶片之位置後才得以確定。

另外，本發明之基板以及導電層並不限於上述實施例之結構。請參考第10圖，第10圖為本發明第三實施例之近接感測器封裝結構之上視示意圖。如第10圖所示，相較於第一實施例，本實施例近接感測器封裝結構250之基板102另包括一第三凹槽252，設於第一凹槽104之一側，且第三凹槽252自第一凹槽104之內側壁100b向外延伸至基板102的上表面，並與第一凹槽104相連接。並且，第三凹槽252亦由一底面100a與一由底面100a向上延伸至基板102之上表面之內側壁100b所界定。此外，第一導電層116其中之一設置於第一凹槽104內，且完全覆蓋第一凹槽104之內側壁100b以及底面100a，而第一導電層116其中另一設於第三凹槽252內。值得注意的是，覆蓋整個第一凹槽104之內側壁100b與底面100a之第一導電層116可作為設於第一凹槽104內之發光晶片120的反射層，以更有效地聚焦發光晶片120所產生之光線，並提升感測晶片122接收到由發光晶片120所產生之光線訊號。此外，第三凹槽252之深度係小於第一凹槽104之深度，使第一凹槽104之碗狀結構不致於受到第三凹槽252之設置而不具有聚焦之功效。

綜上所述，本發明近接感測器封裝結構之製作方法係於一由雷射直接成型塑料之基板上直接形成導電層，並且藉由使基板之表面具有微粗糙表面，而將導電層鑲嵌於基板上。然後再將發光晶片與感測晶片設於基板上，使發光晶片與感測晶片得以封裝於同一封裝結構中，藉此縮減近接感測器之體積。並且，本發明之近接感測器封裝結構利用基板具有不可透光之特性，使設於第二凹槽內之感測晶片不受到設於第一凹槽內之發光晶片所產生之光線直接穿過基板而造成誤感應，再藉由將第一導電層部分或完全覆蓋於具有碗狀結構之第一凹槽的側壁與底部，以作為反射層，使設於第一凹槽內之發光晶片所產生之光線可藉由碗狀結構聚焦，進而提升感測晶片接收到經過所欲偵測物體反射之光線的訊號強度。另外，利用碗狀結構之反射層將光線聚焦可避免因光線發散射出而受到透明遮蓋之部分反射，所造成感測晶片接收到未經過偵測物體反射之光線訊號，並且亦可增加感測晶片接收到由發光晶片所產生之光線訊號，以提升近接感測器封裝結構之感應能力。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．組裝結構

12．．．物體

14．．．紅外線發光二極體

16．．．感測晶片

18．．．電路板

20．．．透明遮蓋

22．．．阻隔部

100．．．近接感測器封裝結構

100a．．．底面

100b．．．內側壁

102．．．基板

102a．．．外側壁

104．．．第一凹槽

106．．．第二凹槽

108．．．圖案化溝槽

108a．．．第一圖案化溝槽

108b．．．第二圖案化溝槽

108c．．．第三圖案化溝槽

110．．．第一電鍍層

112．．．第二電鍍層

114．．．第三電鍍層

116．．．第一導電層

118．．．第二導電層

118a．．．第一導電部

118b．．．第二導電部

120．．．發光晶片

122．．．感測晶片

124．．．第一金屬導線

126．．．封裝膠體

128．．．近接感測晶片

130．．．濾波塗層

132．．．物體

134．．．第一光路徑

136．．．第二光路徑

138．．．第三光路徑

200．．．近接感測器封裝結構

202．．．第三導電層

204．．．環境光感測晶片

206．．．第二金屬導線

250．．．近接感測器封裝結構

252．．．第三凹槽

第1圖為習知近接感測器之組裝結構示意圖。

第2圖至第6圖為本發明第一實施例之近接感測器封裝結構之製作方法示意圖。

第7圖為本發明第二實施例之近接感測器封裝結構之上視示意圖。

第8圖為本發明第二實施例之近接感測器封裝結構之另一實施態樣之上視示意圖。

第9圖為利用本發明近接感測器封裝結構偵測物體之示意圖。

第10圖為本發明第三實施例之近接感測器封裝結構之上視示意圖。

100‧‧‧近接感測器封裝結構

102‧‧‧基板

116‧‧‧第一導電層

118b‧‧‧第二導電部

120‧‧‧發光晶片

122‧‧‧感測晶片

124‧‧‧第一金屬導線

126‧‧‧封裝膠體

128‧‧‧近接感測晶片

130‧‧‧濾波塗層

Claims (17)

1. 一種近接感測器封裝結構，包括：一基板，具有一第一凹槽以及一第二凹槽，該基板具有不可透光性，該第一凹槽及該第二凹槽分別是由一底面及一由該底面向上延伸至該基板之上表面之內側壁所界定；二第一導電層，設於該基板上，該些第一導電層彼此之間電性絕緣且各該第一導電層係自該第一凹槽之底面沿該內側壁以相反方向延伸至該基板之一外側壁；多個第二導電層，設於該基板上，該些第二導電層彼此之間電性絕緣，該些第二導電層區分為相隔離之一第一導電部及一第二導電部，該第一導電部設置於該第二凹槽之底面中央處，而該第二導電部係自該第二凹槽之底面沿該內側壁延伸至該基板之外側壁；一發光晶片，設於該第一凹槽內，且該發光晶片電性連接於該等第一導電層；一感測晶片，設於該第二凹槽內之第二導電層的第一導電部上，且該感測晶片電性連接至該些第二導電層；以及二封裝膠體，分別覆蓋於該發光晶片以及該感測晶片上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之近接感測器封裝結構，其中該基板由一複合材料所構成，該複合材料藉由雷射活化而適可在該複合材料表面形成該些第一導電層及該些第二導電 層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之近接感測器封裝結構，其中該基板更包括一第三凹槽，係自該第一凹槽之該內側壁向外延伸至該基板的上表面，而該些第一導電層其中之一設置於該第一凹槽內，該些第一導電層其中另一設於該第三凹槽內。
4. 如申請專利範圍第3項所述之近接感測器封裝結構，其中該第一凹槽內之該第一導電層係完全覆蓋該第一凹槽之內側壁以及底面。
5. 如申請專利範圍第3項所述之近接感測器封裝結構，其中該第三凹槽之深度係小於該第一凹槽之深度。
6. 如申請專利範圍第1項所述之近接感測器封裝結構，其中該感測晶片包括一近接感測晶片以及一濾波塗層，且該濾波塗層覆蓋於該近接感測晶片上，而覆蓋於該感測晶片上之該封裝膠體係為一透明膠體。
7. 如申請專利範圍第6項所述之近接感測器封裝結構，其中覆蓋於該感測晶片上之該封裝膠體係為一濾波膠體。
8. 如申請專利範圍第1項所述之近接感測器封裝結構，另包含二第 三導電層，該些第三導電層設置於該基板上且位於該些第一導電層與該些第二導電層之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之近接感測器封裝結構，更包括一環境光感測晶片設置於該些第三導電層上且與該些第三導電層電性連接。
10. 如申請專利範圍第1項所述之近接感測器封裝結構，另包含二第三導電層，該些第三導電層設置於該基板上且位於相反於該些第一導電層之該些第二導電層之另一側。
11. 如申請專利範圍第10項所述之近接感測器封裝結構，更包括一環境光感測晶片設置於該些第三導電層上且與該些第三導電層電性連接。
12. 如申請專利範圍第1項所述之近接感測器封裝結構，其中該發光晶片係為一發光二極體晶片。
13. 一種近接感測器封裝結構之製作方法，包括：提供一基板，其中該基板具有一第一凹槽以及一第二凹槽，且該基板具有不可透光性；於該基板之表面形成複數個圖案化溝槽，其中各該圖案化溝槽內之該基板具有一粗糙表面； 於該等圖案化溝槽內之該基板上形成二第一導電層以及多個第二導電層；以及將一發光晶片與一感測晶片分別接合於該第一凹槽內與該第二凹槽內之該基板上，且電性連接該發光晶片與該感測晶片分別至該等第一導電層之間與至該等第二導電層。
14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該基板之材料係為一複合材料，且該複合材料藉由雷射活化而適可在該複合材料表面形成該些第一導電層及該些第二導電層。
15. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中形成該等圖案化溝槽之步驟係利用一雷射光照射該基板。
16. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中形成該等第一導電層以及該等第二導電層之步驟包括：進行一無電電鍍製程，以於該等圖案化溝槽內之該基板上形成一第一電鍍層；以及進行一電鍍製程，以於該第一電鍍層上形成至少一第二電鍍層，其中該等第一導電層與該等第二導電層係由該第一電鍍層以及該第二電鍍層所構成。
17. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中於電性連接該發光晶片與該感測晶片之步驟後，該方法另包括進行一點膠製程，形成 二封裝膠體，分別覆蓋於該發光晶片與該感測晶片上。