TWI476907B - 接近感測器之封裝體及其封裝方法 - Google Patents

接近感測器之封裝體及其封裝方法 Download PDF

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Description

接近感測器之封裝體及其封裝方法
本發明與接近感測器(proximity sensor)有關，特別是關於一種能夠有效縮減封裝體之體積並避免雜訊交互干擾(cross-talk)的接近感測器之封裝體及封裝方法。
顧名思義，所謂的接近感測器(proximity sensor)乃是透過光學方式感測前方是否有物體或障礙物，於實際應用中，接近感測器可供智慧型手機或手持式裝置判斷使用者是否靠近接聽，抑或供家務機器人判斷前方是否有家具或人員擋在前面。請參照圖1，圖1繪示傳統的接近感測器之封裝體結構的剖面示意圖。
如圖1所示，傳統的接近感測器之封裝體1通常包括有光發射單元10、光接收單元12、封裝膠體14及基板16。當光發射單元10所發出的光線L透過開孔H1射出後，一旦遇到障礙物時，部份光線將會被障礙物所反射而經由開孔H2傳遞至光接收單元12上的光感測區域SA。接近感測器即可根據光接收單元12所接收到的反射光R來判定前方是否有障礙物並據以做出反應。
然而，由於光發射單元10通常採用的發光二極體(LED)與光接收單元12通常採用的光感測器之半導體製程完全不同，前者(LED)採用的是三-五族半導體製程，後者(光接收單元12)採用的是矽製程，故傳統上難以將兩種製程整合在一起。因此，如圖1所示，在傳統的接近感測器之封裝體1中，乃是將光發射單元10與光接收單元12並排，故呈長條狀。此外，由於在傳統的接近 感測器之封裝體1中，光發射單元10與光接收單元12大致位於同一水平高度，為了避免雜訊交互干擾導致誤動作之現象產生，即使封裝膠體14可採用阻光材料構成，但光發射單元10與光接收單元12之間仍勢必要間隔一定的距離d，卻也因而導致傳統的接近感測器之封裝體1的體積難以縮小，嚴重影響其於愈來愈輕薄短小的手持電子裝置之應用性。
因此，本發明提出一種接近感測器之封裝體及封裝方法，以解決先前技術所遭遇到之上述種種問題。
本發明之一範疇在於提出一種接近感測器之封裝體。於一較佳具體實施例中，接近感測器之封裝體包括光發射單元及光感測器。光感測器具有第一表面，第一表面具有光感測區域。光發射單元設置於光感測器之第一表面且位於光感測區域之外。
於一實施例中，接近感測器之封裝體更包括阻隔部。阻隔部設置於第一表面，且位於光發射單元與光感測區域之間。
於一實施例中，阻隔部為晶粒(die)。
於一實施例中，光感測器之第一表面具有貼附區，光發射單元設置於貼附區上。
於一實施例中，光感測器更包括有控制電路，控制電路用以控制光感測器與光發射單元之操作。
於一實施例中，光感測器更包括有控制電路，貼附區具有金屬層，光發射單元之接腳透過金屬層與控制電路電性連接。
於一實施例中，光感測器與光發射單元皆為晶粒(die)。
於一實施例中，光發射單元上方設置有透鏡組或曲線狀開孔結構。
於一實施例中，接近感測器之封裝體更包括膠體，用以包覆光感測器與光發射單元，以形成接近感測器之封裝體。
於一實施例中，光發射單元之發光面與光感測器上之光感測區域分別位於不同平面上。
本發明之另一範疇在於提出一種接近感測器之封裝體的封裝方法。於一較佳具體實施例中，接近感測器之封裝方法包括下列步驟：(a)提供光感測器，光感測器之第一表面具有光感測區域；(b)將光發射單元設置於光感測器之第一表面且位於光感測區域之外。
相較於先前技術，本發明的接近感測器之封裝體及其封裝方法於光感測器之上表面鍍上金屬層，使得光發射單元之接腳能夠透過金屬層與控制電路電性連接，故能有效地縮減整個接近感測器之封裝體的體積。此外，由於光發射單元之發光面與光感測器上之光感測區域分別位於不同平面上，再搭配上設置於光發射單元與光感測區域之間的阻隔部，故可避免光發射單元所發出的光線被散射至光感測器上之光感測區域所產生之交互干擾(cross-talk)現象，使得接近感測器不致於因而誤判而產生誤動作。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
根據本發明之一較佳具體實施例為一種接近感測器之封裝體。於實際應用中，接近感測器可透過光學方式感測前方是否有物體或障礙物，故可用於智慧型手機或手持式裝置以判斷使用者 是否靠近接聽，抑或供家務機器人判斷前方是否有家具或人員擋在前面等用途。本發明可同時達到縮減接近感測器之封裝體的體積以及避免光發射單元所發出的光線被散射至光感測器上之光感測區域所產生之交互干擾(cross-talk)現象等功效。
請參照圖2，圖2繪示此實施例之接近感測器之封裝體的剖面示意圖。如圖2所示，接近感測器之封裝體2包括有光發射單元20、光感測器22、封裝膠體24、基板26、第一開孔H1及第二開孔H2。光感測器22包括有控制電路220。光感測器22之第一表面(上表面)222具有光感測區域SA。光感測器22設置於基板26上。光發射單元20設置於光感測器22之第一表面222且位於光感測區域SA之外。光發射單元20可以是發光二極體，用以發出光線L，但不以此為限。
需說明的是，控制電路220用以控制光發射單元20與光感測器22之操作。實際上，控制電路220可以與光感測器22整合在一起，亦可以單獨設置於光感測器22之外，並不以此實施例為限。更詳細而言，無論光發射單元20、光感測器22與控制電路220是三個不同的晶粒(die)，或是將光感測器22與控制電路220整合於同一個晶粒，控制電路220均能夠達到控制光發射單元20與光感測器22之操作的功能。
封裝膠體24可採用阻光材料包覆光感測器22與光發射單元20並成型後，再於封裝膠體24上形成分別對應於光發射單元20及光感測器22的第一開孔H1及第二開孔H2，以利光發射單元20透過第一開孔H1發出光線L以及光感測器22透過第二開孔H2接收反射光R。
於此實施例中，光感測器22之第一表面222具有貼附區CA，且貼附區CA上具有金屬層M，致使光發射單元20之接腳 能透過金屬層M與光感測器22中之控制電路220電性連接。實際上，位於光感測器22之第一表面222的貼附區CA上之金屬層M可採用特殊的電路佈局(layout)方式實現之，例如於電路佈局領域中常用的自動佈局繞線(Auto Place and Route,APR)方式，其中光感測器22在佈局設計時，少用一層金屬層來佈線，使得在自動佈局繞線(APR)區域上全部都可設計成貼附區CA。
如此一來，即可解決傳統上光發射單元(LED)20所採用之三-五族半導體製程與光感測器22所採用之矽製程難以整合在一起之難題，使得光發射單元20與光感測器22無需如同先前技術一般採用並排方式設置於封裝體內，而能將光發射單元(LED)20整合設置於光感測器22之上，故可大幅縮減整個接近感測器之封裝體2的體積。
此外，由圖2亦可得：光發射單元20之發光面ES與光感測器22上之光感測區域SA分別位於不同平面上，使得光發射單元20之發光面ES發出的光線L較不易被折射至光感測器22上之光感測區域SA，故可避免先前技術中由於雜訊干擾導致誤動作之現象產生。
雖然圖2中之封裝膠體24由阻光材料構成，能夠減少光發射單元20所發出的光線L被散射至光感測器22上之光感測區域SA所產生之交互干擾現象，但為了強化阻光效果以增進接近感測器之感測準確率，可於接近感測器之封裝體結構內加入一些輔助單元，例如阻隔部、透鏡組或曲線狀的開孔結構等，分別詳述如下。
請參照圖3，圖3繪示接近感測器之封裝體2’更包括有阻隔部D的剖面示意圖。如圖3所示，阻隔部D設置於光感測器22之第一表面222，且位於光發射單元20與光感測區域SA之間。 此實施例設置此一阻隔部D之功用在於：(1)阻擋光發射單元20所發出的光線L被散射至光感測器22上之光感測區域SA所產生之交互干擾現象；(2)將包覆於光發射單元20上之點膠(未圖示)與包覆於光感測區域SA上之點膠(未圖示)彼此隔離開來，避免兩者相連而導致光感測器22誤判。於實際應用中，阻隔部D可以是晶粒(die)，例如假晶粒(dummy die)，或是由其他阻光材料構成，且其高度及寬度可視實際需求而調整，並無特定之限制。
請參照圖4，圖4繪示接近感測器之封裝體3更包括有透鏡組LENS的剖面示意圖。如圖4所示，透鏡組LENS設置於光發射單元30之上方。設置此一透鏡組LENS之功用在於：當光發射單元30所發出的光線L透過第一開孔H1向外射出時，該些光線L將會經過透鏡組LENS之聚焦作用而較為遠離光感測器32上之光感測區域SA，使得該些光線L較不易被折射至光感測器32上之光感測區域SA，以避免光感測器32誤判。
請參照圖5，圖5繪示接近感測器之封裝體4更包括有曲線狀的開孔結構H1’的剖面示意圖。如圖5所示，曲線狀的開孔結構H1’設置於光發射單元40之上方。設置此一曲線狀的開孔結構H1’之功用在於：當光發射單元40所發出的光線L透過曲線狀的開孔結構H1’向外射出時，該些光線L較不會被折射進入封裝膠體44，故可減少該些光線L被折射至光感測器42上之光感測區域SA，以避免光感測器42誤判。
根據本發明之另一較佳具體實施例為一種接近感測器之封裝體的封裝方法。於此實施例中，該接近感測器之封裝方法用以封裝一接近感測器封裝體。請參照圖6，圖6繪示此實施例之接近感測器之封裝方法的流程圖。
如圖6所示，於步驟S12中，該方法提供一基板。於步驟S14 中，該方法提供一光感測器於基板上，並且光感測器之第一表面(上表面)具有一光感測區域。於步驟S16中，該方法將一光發射單元設置於光感測器之第一表面且位於光感測區域之外。這將會使得光發射單元之發光面與光感測器上之光感測區域分別位於不同平面上，可有效避免由光發射單元之發光面所發出之光線被散射至光感測器上之光感測區域。
於實際應用中，光感測器之第一表面具有貼附區，該方法可將光發射單元設置於貼附區上，並且光發射單元之接腳可透過貼附區上之金屬層與光感測器之控制電路電性連接。其中，光感測器之控制電路用以控制光感測器與光發射單元之操作。至於位於光感測器之第一表面的貼附區上之金屬層則可採用特殊的電路佈局方式實現之，例如於電路佈局領域中常用的自動佈局繞線(Auto Place and Route,APR)方式，但不以此為限。
於步驟S20中，該方法透過一封裝膠體(例如阻光材料，但不以此為限)包覆光感測器與光發射單元，以形成接近感測器之封裝體。
於實際應用中，於執行步驟S20之前，該方法可執行步驟S18，將一阻隔部設置於光感測器之第一表面，且位於光發射單元與光感測區域之間。需說明的是，於光發射單元與光感測區域之間設置阻隔部之目的在於：(1)避免光發射單元所發出的光線被散射至光感測器上之光感測區域所產生之交互干擾現象；(2)將包覆於光發射單元上之點膠與包覆於光感測區域上之點膠彼此隔離，避免兩者相連而導致光感測器誤判。
此外，該方法亦可執行步驟S22，於光發射單元上方設置透鏡組或曲線狀開孔結構，以避免光發射單元所發出的光線被散射至光感測器上之光感測區域。
相較於先前技術，本發明的接近感測器之封裝體及其封裝方法於光感測器之上表面鍍上金屬層，使得光發射單元之接腳能夠透過金屬層與控制電路電性連接，故能有效地縮減整個接近感測器之封裝體的體積。此外，由於光發射單元之發光面與光感測器上之光感測區域分別位於不同平面上，再搭配上設置於光發射單元與光感測區域之間的阻隔部，故可避免光發射單元所發出的光線被散射至光感測器上之光感測區域，使得接近感測器不致於因而誤判而產生誤動作。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
S12~S22‧‧‧流程步驟
20、30、40‧‧‧光發射單元
2、2’、3、4‧‧‧接近感測器之封裝體
22、32、42‧‧‧光感測器
24、34、44‧‧‧封裝膠體
26、36、46‧‧‧基板
SA‧‧‧光感測區域
H1‧‧‧第一開孔
H2‧‧‧第二開孔
L‧‧‧光線
R‧‧‧反射光
M‧‧‧金屬層
D‧‧‧阻隔部
LENS‧‧‧透鏡組
H1’‧‧‧曲線狀的開孔結構
220、320、420‧‧‧控制電路
222、322、422‧‧‧第一表面(上表面)
CA‧‧‧貼附區
ES‧‧‧發光面
圖1繪示傳統的接近感測器之封裝體結構的剖面示意圖。
圖2繪示根據本發明之一具體實施例之接近感測器之封裝體的剖面示意圖。
圖3繪示接近感測器之封裝體更包括有阻隔部的剖面示意圖。
圖4繪示接近感測器之封裝體更包括有透鏡組的剖面示意圖。
圖5繪示接近感測器之封裝體更包括有曲線狀的開孔結構之剖面示意圖。
圖6繪示根據本發明之另一具體實施例之接近感測器之封裝方法的流程圖。
2‧‧‧接近感測器之封裝體
20‧‧‧光發射單元
22‧‧‧光感測器
24‧‧‧封裝膠體
26‧‧‧基板
SA‧‧‧光感測區域
H1‧‧‧第一開孔
H2‧‧‧第二開孔
L‧‧‧光線
R‧‧‧反射光
M‧‧‧金屬層
220‧‧‧控制電路
222‧‧‧第一表面(上表面)
CA‧‧‧貼附區
ES‧‧‧發光面

Claims (18)

  1. 一種接近感測器之封裝體，包括：一光感測器，具有一第一表面，該第一表面具有一光感測區域；以及一光發射單元，設置於該光感測器之該第一表面且位於該光感測區域之外。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之接近感測器之封裝體，更包括：一阻隔部，設置於該第一表面，且位於該光發射單元與該光感測區域之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之接近感測器之封裝體，其中該阻隔部為一晶粒。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之接近感測器之封裝體，其中該光感測器之該第一表面具有一貼附區，該光發射單元設置於該貼附區上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之接近感測器之封裝體，其中該光感測器更包括有一控制電路，該控制電路用以控制該光感測器與該光發射單元之操作。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之接近感測器之封裝體，其中該光感測器更包括有一控制電路，該貼附區具有一金屬層，該光發射單元之接腳透過該金屬層與該控制電路電性連接。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之接近感測器之封裝體，其中該光感測器與該光發射單元皆為晶粒。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之接近感測器之封裝體，其中該光發射單元上方設置有一透鏡組或一曲線狀開孔結構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之接近感測器之封裝體，更包括：一封裝膠體，用以包覆該光感測器與該光發射單元，以形成該接近感測器之封裝體。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之接近感測器之封裝體，其中該光發射單元之一發光面與該光感測器上之該光感測區域分別位於不同平面上。
  11. 一種接近感測器之封裝體的封裝方法，包括下列步驟：(a)提供一光感測器，該光感測器之一第一表面具有一光感測區域；以及(b)將一光發射單元設置於該光感測器之該第一表面且位於該光感測區域之外。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之封裝方法，更包括下列步驟：將一阻隔部設置於該第一表面，且位於該光發射單元與該光感測區域之間。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之封裝方法，其中該光感測器之該第一表面具有一貼附區，該方法將該光發射單元設置於該貼附區上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之封裝方法，進一步包括下列步驟：透過該光感測器之一控制電路控制該光感測器與該光發射單元之操作。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之封裝方法，進一步包括下列步驟：該光發射單元之接腳透過該貼附區之一金屬層與該光感測器之一控制電路電性連接。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之封裝方法，進一步包括下列步驟：於該光發射單元上方設置一透鏡組或一曲線狀開孔結構。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之封裝方法，進一步包括下列步驟：透過一封裝膠體包覆該光感測器與該光發射單元，以形成該接近感測器之封裝體。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之封裝方法，其中該光發射單元之一發光面與該光感測器上之該光感測區域分別位於不同平面上。
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