TWI514201B - 光學手指導覽器件 - Google Patents

Description

光學手指導覽器件

慣例上，光學導覽感測器用於表面導覽輸入器件，諸如電腦之一光學滑鼠。在本上下文中，導覽係指給一電腦提供一輸入功能以用於操縱電腦系統之操作。一般而言，一光學輸入器件追蹤一導覽表面(諸如一滑鼠墊或一工作表面)與該光學輸入器件內之一感測器之間的相對移動。藉由諸如一發光二極體之一光源朝嚮導覽表面或一目標物件照射光。經照射導覽表面之影像由感測器擷取、隨後經處理且進一步轉譯為輸入器件上之一游標移動。

近來，光學手指導覽器件已廣泛地用於諸多小型手持式器件(諸如一行動手持機)中，以藉由使一手指在此一可攜式器件之一手指介面表面上簡單地移動來提供導覽輸入功能。一光學手指導覽器件之一般操作概念類似於一習用光學滑鼠。一個差異在於用於手指導覽之感測器大體上係面朝上而非向下定位。相比於一習用光學滑鼠系統，一光學手指導覽器件使用一光源來照射一使用者之手指而非一工作表面。然後，基於所擷取的該使用者之手指之順序影像之比較而產生一導覽信號。

光學導覽系統可有效地用於諸多小型手持式器件中，諸如一行動手持機或一遊戲主控台控制器。然而，已知一典型光學導覽封裝包含囊封於一模製化合物中之一光感測器及一透鏡，所有這些皆增加該封裝之高度及大小。隨著封裝大小變得更小，製造製程不可避免地變得更複雜及昂 貴。因此，期望一種可容易且較廉價地製造之薄且小輪廓光學導覽器件。此外，亦期望提供具有用於各種手持式器件中之多用性之光學導覽器件。將藉由實施需要較少組件部分及減少之組裝與組件成本之光學導覽解決方案來實現額外優點。

將參考附圖闡述所揭示之發明，該等附圖展示本發明之各種實施例之不同態樣。

光學手指導覽(下文中稱OFN)器件為電子器件提供一輸入介面。OFN在小型手持式電子器件(諸如行動電話、遠端控制件、遊戲主控台控制器、可攜式音樂播放器或通常自可由一使用者之手指操作之導覽功能性獲益之其他器件)中尤其有用。

圖1圖解說明包含一OFN器件102之一行動電話100之一實例。OFN器件102允許使用者藉助一手指(諸如圖3中所展示之手指302)操縱行動電話100之功能。舉例而言，行動電話100可具有在顯示器104上之一圖形使用者介面(GUI)，且一OFN器件102可併入於行動電話100中以提供該GUI之一導覽操作。具體而言，圖1圖解說明一手持式行動電話，然而，OFN器件102可整合於其他電子器件(諸如上文所列舉之彼等電子器件)中以便提供各種導覽操作。

圖2至圖9展示本發明之各種實施例。然而，應理解，可在不背離本發明之範疇之情形下修改其他實施例。舉例而言，OFN封裝可經修改以供在諸如自由空間呈現指標之自 由空間導覽應用中使用。在此情形下，可包含一廣角透鏡以使得該OFN封裝能夠在指標移動時自開放空間擷取影像。該OFN封裝可使所擷取之影像之表面特徵交叉相關且隨後將指標移動轉移成一對應游標移動。

圖2係一光學手指導覽封裝200之一項實施例之一局部分解圖。OFN封裝200包含一光感測器202、一引線框架204及一模製化合物206。模製化合物206將光感測器202與引線框架204囊封在一起以便形成封裝200。OFN封裝200亦包含安置於模製化合物206上以用於朝向光感測器202引導光之一光導系統208。應注意，OFN封裝200可為各種組態，作為特徵之組件可依若干種不同定向而定位；方向性術語用於圖解說明之目的且決非係限制性。

在圖2所圖解說明之實施例中，OFN封裝200包含一光感測器202、一引線框架204、具有一前部表面209、一後部表面211(諸如圖3中所展示之後部表面)及至少一個側表面213之一模製化合物206、安置於模製化合物206之前部表面209上之一光導系統208以及覆蓋前部表面209之至少一部分之一不透光材料210。不透光材料210經組態以防止雜散光進入光感測器202並影響器件之導覽操作。

光感測器202可操作以接收透過前部表面209進入之光，舉例而言，自一手指(諸如圖3中所展示之手指302)反射之光。光感測器202經組態以擷取手指之多個影像且隨後使此等影像之表面特徵交叉相關以依據方向差量X及差量Y中之移動向量判定手指302與手持式器件之間的相對運 動。光感測器202經組態以處理並進一步將所判定運動資料轉譯成手持式器件上之一對應游標移動。在一項實施例中，感測器202可係此項技術中已知的任何類型之光學感測器，諸如一光電偵測器、一電荷耦合器件(CCD)、一互補金屬氧化物半導體(CMOS)感測器或其他類似感測器類型器件。在一項實施例中，光感測器202可藉由線接合201中之一或多者而電連接至引線框架204之頂部表面214。

圖3係一光學手指導覽封裝200之一剖視圖。OFN封裝200包含一光感測器202、一引線框架204及將光感測器202與引線框架204囊封在一起以便形成封裝200之一模製化合物206。OFN封裝200包含用於將光感測器202與引線框架204囊封在一起之一透明或一透光模製化合物206。可藉由任何適合模製製程來完成模製。舉例而言，可藉由一習用射出成型製程在光感測器202及引線框架204上方模製該模製化合物206。模製化合物206可係任何適合模製材料。舉例而言，可藉由具有一部件號NT8506之Nitto Denko來製造透明模製化合物206。然而，亦可使用諸如透明環氧樹脂之其他透明化合物。

在一項實施例中，在模製化合物206之後部表面211上曝露光感測器202之第二表面205。將一不透光材料410安置於第二表面205上以防止雜散光透過光感測器202之底部進入。如圖3中所展示，光感測器202係藉由模製化合物206囊封且經組態以在其中「浮動」。可以一方式將光感測器202安置於模製化合物206內以使得整個光感測器202由模 製化合物206覆蓋，惟其第二表面205除外。藉此使光感測器202顯現為在模製化合物206內部「浮動」。在後部表面211上曝露光感測器202之第二表面205亦可促進極佳之熱效能。因此，可透過第二表面205較高效地耗散在操作期間產生之熱量。另外，第二表面205之曝露亦可使OFN封裝200變得較薄且使得其能夠在經受後續組裝製程時係多用的。

光感測器202藉由線接合201中之一或多者而電連接至引線框架204之頂部表面214。在一項實施例中，引線框架204之頂部表面214可包含用於線接合之一線接合墊(未展示)。引線框架204之底部表面216可包含用以促進進一步之組裝製程之一接觸墊。在另一實施例中，可在OFN封裝200之底部上曝露底部表面216以允許進一步之組裝。經曝露底部表面216亦可因以下而使OFN封裝200對於進一步整合至任何手持式器件係多用的：使得能夠藉由使用此項技術中眾所習知的一晶片表面安裝機器將OFN封裝200組裝於任何手持式器件上。

如圖3中所展示，OFN封裝200包含安置於模製化合物206上以用於朝向光感測器202引導光之一光導系統208。在一項實施例中，光導系統208以各種方式體現且可包含一凹入區域220或形成於模製化合物206之前部表面209上之一鏡面拋光表面。光導系統208可形成於前部表面209上毗鄰於光感測器202之第一表面203。光導系統208之位置亦可與第一表面203實質上對準以便允許朝向光感測器202 有效地傳遞光。在某些實施例中，光導系統208亦可包含可以多種不同方式形成於前部表面209上之一經處理表面。舉例而言，可利用一精細等級透鏡拋光器來對前部表面209進行處理或拋光以在其上形成一光導系統208。

在一替代實施例中，亦可在正用模製化合物206模製光感測器202及引線框架204時在同一模製製程下同時形成光導系統208。另外，可進一步對光導系統208進行拋光以產生一鏡面拋光表面以便改良其效能。另一選擇係，可首先模製具有一平坦或平面前部表面209之一模製化合物206，且隨後可形成一光導系統208。在一項實施例中，將光導系統208整合於模製化合物206之前部表面209上可避免需要一額外透鏡系統來朝向光感測器202引導光；因此，可使一超薄OFN封裝200成為可能。

在一項實施例中，所圖解說明之OFN封裝200係一超薄封裝。OFN封裝200之總體厚度可受模製化合物206之厚度限制。類似地，該厚度亦可受模製化合物206形成封裝200之可模製性限制。舉例而言，OFN封裝200可具有稍厚於引線框架204因此使其超薄之一z高度。OFN封裝200可具有0.325 mm之一封裝z高度，藉此引線框架204可具有0.2 mm或更小之一厚度。

由於可使得OFN封裝超薄，因此其可適合用於多種小且薄之手持式器件中。圖4係其中併入有一超薄光學手指導覽封裝以用於提供一手指導覽操作之一手持式器件400之一項實施例之一方塊圖。舉例而言，可將封裝402組裝至 手持式器件400之一PCB 408上，藉此引線框架204之經曝露底部表面216與PCB 408直接接觸。可藉由使用此項技術中眾所習知的一晶片表面安裝機器或一焊接機器來組裝封裝402。具體而言，在諸多自動IC封裝組裝線中已廣泛地採取晶片表面安裝技術且尤其已知其係一高效且低成本製程。然而，亦可採用諸如一習用焊接流程之其他組裝方法。手持式器件400包含一導覽表面404或一指定觸控區域以用於一使用者放置一物件(例如，手指302)來操作導覽功能。除手指302以外，亦可使用其他物件(諸如一手寫筆、筆或其他類似物件)來導覽手持式器件400。在一項實施例中，手持式器件400包含經組態以朝嚮導覽表面404發射光之一光源406。光源406可毗鄰於封裝402放置而不會增加手持式器件400之總體z高度。光源406可係一相干光源或一非相干光源。另外，光源406可係一可見LED或一不可見燈(例如，IR LED)。通常藉由應用判定對光源406之選擇。然而，應注意，如某些應用可能要求，光源406可係一個以上光源。

圖5係圖解說明一光學手指導覽封裝之一分解透視圖。OFN封裝500包含經組態以電連接至一引線框架504之光感測器502、一第一不透光材料510及一第二不透光材料520。在一項實施例中，第一不透光材料510經組態以覆蓋頂部表面509之至少一部分以防止任何不期望之雜散光進入光感測器502。在另一實施例中，OFN封裝500可進一步包含安置於光感測器502之第二表面205(諸如圖3中所展示 之後部第二表面)上之一第二不透光材料520。第二不透光材料520經組態以進一步防止雜散光透過模製化合物之底部進入。

圖6係一引線框架600之一項實施例之一透視圖。所圖解說明之引線框架600包含一頂部表面614及與頂部表面614相對之一底部表面616。在一項實施例中，引線框架600經蝕刻且不具有晶粒附接墊。引線框架600亦包含複數個端子或引線602。可藉由一習用衝壓製程來形成引線框架600。在一項實施例中，進一步蝕刻引線框架600以便增強封裝之完整性。引線框架600可係一個四邊扁平無引線封裝(QFN)引線框架，諸如一銅QFN引線框架。每一引線602之頂部表面614可包含用於線接合之一線接合墊。底部表面616可包含一平坦表面以作為一接觸墊促進進一步之封裝製程。

圖7係圖解說明具有引線702之一引線框架700之一透視圖。所圖解說明之引線框架700包含一頂部表面714及與頂部表面714相對之一底部表面716。在一項實施例中，引線框架700包含複數個端子或引線702。在圖7中，引線710係引線702中之一者之一放大俯視透視圖，而引線720表示同一引線702之一仰視透視圖。在一項實施例中，引線框架包含一或多個經蝕刻區域以用於提供一鎖定特徵以改良模製化合物與引線框架700之間的互鎖強度。在模製製程期間，可圍繞引線框架700之經蝕刻區域(舉例而言，引線710及720兩者之底部區域704及706)形成模製化合物506 (諸如圖5中所展示之模製化合物)之部分，且其抵靠引線框架700鎖定模製化合物。此一鎖定特徵可減少在正使封裝經受應力時模製化合物506與引線框架脫層之可能性。

圖8係具有一不透光材料之一光學手指導覽封裝800之一項實施例之一剖視圖。在一項實施例中，該OFN封裝800包含：一第一不透光材料802，其安置於透光模製化合物803之前部表面801上；一第二不透光材料804，其安置於光感測器807之第二表面805上；及一第三不透光材料806，其覆蓋透光模製化合物803之側表面809。不透光材料802可僅覆蓋前部表面801之一部分。若在OFN封裝800上面或附近存在一光源(未展示)，諸如類似於先前所闡述之圖3，則不透光材料802可防止雜散光透過前部表面801進入光感測器807。在另一實施例中，OFN封裝800包含安置於光感測器807之第二表面805上之一第二不透光材料804以防止雜散光透過OFN封裝800之底部進入。在另一實施例中，OFN封裝800包含覆蓋透光模製化合物803之側表面809之一第三不透光材料806以防止雜散光透過側面進入。然而，在設計選擇上，若必要，則可給一區選擇性地塗敷上述不透光材料中之任一者以防禦雜散光。舉例而言，可根據客戶規格僅給封裝上之若干區塗敷不透光材料。

圖9係圖解說明製造一超薄光學手指導覽封裝之一方法之一流程圖。在步驟10處開始，提供一耐熱膠帶及一引線框架。該耐熱膠帶係一「Kapton」膠帶(聚亞醯胺膠帶)， 其亦為熟知的適合於封裝組裝製程之高溫膠帶。在另一實施例中，該引線框架不具有晶粒附接墊且可包含一頂部表面及一底部表面。在步驟12處，將引線框架安置於耐熱膠帶上。在步驟14處，將一不透光材料安置於耐熱膠帶之至少一部分上。在步驟16處，提供一光感測器，其中該光感測器具有一頂部表面及一底部表面。在步驟18處，將光感測器安置於耐熱膠帶上以使得該光感測器之底部表面係由不透光材料覆蓋。在步驟20處，藉由線接合將光感測器電連接至引線框架。在步驟22處，在光感測器及引線框架上方模製一透光模製化合物，其中曝露光感測器及引線框架兩者之底部表面。在步驟24處，將一光導安置於模製化合物之頂部表面上，其中光導系統係毗鄰於光感測器之頂部表面而安置且與該頂部表面實質上對準。光導系統係一鏡面拋光表面且經組態以朝向光感測器引導光。在步驟26處，將一不透光材料安置於模製化合物之頂部表面上，其中不透光材料經組態以遮蔽光感測器使其不受雜散光影響。在步驟28處，移除耐熱膠帶以便曝露感測器及引線框架兩者之底部表面。

雖然已闡述及圖解說明本發明之特定實施例，但本發明並不限於如此闡述及圖解說明之部件之特定形式或配置。本發明之範疇將由本文之隨附申請專利範圍及其等效內容界定。

100‧‧‧行動電話

102‧‧‧光學手指導覽器件

104‧‧‧顯示器

200‧‧‧光學手指導覽封裝/OFN封裝/封裝

201‧‧‧線接合

202‧‧‧光感測器/感測器

203‧‧‧第一表面

204‧‧‧引線框架

205‧‧‧第二表面

206‧‧‧模製化合物

208‧‧‧光導系統

209‧‧‧前部表面

210‧‧‧不透光材料

211‧‧‧後部表面

213‧‧‧側表面

214‧‧‧頂部表面

216‧‧‧底部表面

220‧‧‧凹入區域

302‧‧‧手指

400‧‧‧手持式器件

402‧‧‧封裝

404‧‧‧導覽表面

406‧‧‧光源

408‧‧‧印刷電路板(PCB)

410‧‧‧不透光材料

500‧‧‧光學手指導覽封裝

502‧‧‧光感測器

504‧‧‧引線框架

506‧‧‧模製化合物

509‧‧‧頂部表面

510‧‧‧第一不透光材料

520‧‧‧第二不透光材料

600‧‧‧引線框架

602‧‧‧端子/引線

614‧‧‧頂部表面

616‧‧‧底部表面

700‧‧‧引線框架

702‧‧‧端子/引線

704‧‧‧底部區域

706‧‧‧底部區域

710‧‧‧引線

714‧‧‧頂部表面

716‧‧‧底部表面

720‧‧‧引線

800‧‧‧光學手指導覽封裝/OFN封裝

801‧‧‧前部表面

802‧‧‧第一不透光材料

803‧‧‧透光模製化合物

804‧‧‧第二不透光材料

805‧‧‧第二表面

806‧‧‧第三不透光材料

807‧‧‧光感測器

809‧‧‧側表面

圖1係具有一光學手指導覽器件之一手持式器件之一透 視圖；圖2係一光學手指導覽封裝之一項實施例之一局部分解圖；圖3係一光學手指導覽封裝之一剖視圖；圖4係其中併入有一超薄光學手指導覽封裝之一手持式器件之一項實施例之一方塊圖；圖5係一光學手指導覽封裝之一分解透視圖；圖6係一引線框架之一項實施例之一透視圖；圖7係具有引線之一引線框架之一透視圖；圖8係具有一不透光材料之一光學手指導覽封裝之一項實施例之一剖視圖；且圖9係圖解說明製造一超薄光學手指導覽封裝之一方法之一流程圖。

200‧‧‧光學手指導覽封裝/OFN封裝/封裝

201‧‧‧線接合

202‧‧‧光感測器/感測器

204‧‧‧引線框架

206‧‧‧模製化合物

208‧‧‧光導系統

209‧‧‧前部表面

210‧‧‧不透光材料

213‧‧‧側表面

214‧‧‧頂部表面

Claims (20)

1. 一種光學手指導覽封裝，其包括：一引線框架；一光感測器，其具有一第一表面及一第二表面；一模製化合物，其將該光感測器與該引線框架囊封在一起以便形成該封裝；其中該模製化合物包括一前部表面及一後部表面以及至少一個側表面；一光導，其安置於該模製化合物之該前部表面上毗鄰於該感測器之該第一表面，及一第一不透光材料，其安置於該模製化合物之該前部表面之至少一部分上；及一第二不透光材料，其安置於該光感測器之該第二表面上；其中該光導包含直接形成於該模製化合物之該前部表面上之一凹入(recessed)區域，且該凹入區域與該光感測器之該第一表面之至少一部分重疊。
2. 如請求項1之光學手指導覽封裝，其中該凹入區域經組態以引導光朝向該光感測器。
3. 如請求項1之光學手指導覽封裝，其中該光導包括經組態以引導光朝向該光感測器之一鏡面拋光表面。
4. 如請求項1之光學手指導覽封裝，其中該光導與該光感測器之該第一表面實質上對準。
5. 如請求項1之光學手指導覽封裝，其中該引線框架包含一頂部表面及一底部表面，且該引線框架之該底部表面 經曝露以允許進一步之組裝。
6. 如請求項1之光學手指導覽封裝，其中該光感測器係藉由線接合而電連接至該引線框架。
7. 如請求項1之光學手指導覽封裝，其中該光感測器經組態以在該模製化合物內浮動。
8. 如請求項1之光學手指導覽封裝，其中該光感測器之該第二表面覆蓋有該第二不透光材料且在該模製化合物之該後部表面上曝露。
9. 如請求項1之光學手指導覽封裝，其中該封裝具有小於或等於0.325mm之一厚度。
10. 如請求項1之光學手指導覽封裝，其中該光感測器安置於該凹入區域與該第二不透光材料之間。
11. 如請求項1之光學手指導覽封裝，其中該引線框架包含一或多個經蝕刻區域，其中該模製化合物之一部分係形成在該引線框架之該等經蝕刻區域周圍。
12. 一種光學手指導覽封裝，其包括：一引線框架，其具有一頂部表面及一底部表面；一光感測器，其具有一第一表面及一第二表面；一模製化合物，其將該光感測器與該引線框架囊封在一起以便形成該封裝；其中該模製化合物包括一前部表面及一後部表面；一光導系統，其安置於該模製化合物之該前部表面上毗鄰於該光感測器之該第一表面；及一不透光材料，其安置於該模製化合物之該前部表面 之至少一部分及該光感測器之該第二表面上；其中安置於該光感測器之該第二表面上之該不透光材料不與該引線框架直接接觸；其中該光導系統與該光感測器之該第一表面實質上對準且經組態以自該模製化合物之該前部表面引導光朝向該光感測器。
13. 如請求項12之光學手指導覽封裝，其中該光導系統包括經組態以引導光朝向該光感測器之一凹入區域。
14. 如請求項12之光學手指導覽封裝，其中該光導系統包括形成於該模製化合物上之一鏡面拋光表面且與該光感測器重疊，及其中該光導系統經組態以引導光朝向該光感測器。
15. 如請求項12之光學手指導覽封裝，其中該光感測器係藉由線接合而電連接至該引線框架。
16. 如請求項12之光學手指導覽封裝，其中該引線框架之該底部表面經曝露以允許進一步之組裝。
17. 如請求項13之光學手指導覽封裝，其中：該模製化合物包含至少一個側表面；該不透光材料係安置於該模製化合物之該至少一個側表面上；及該凹入區域係位於安置於該模製化合物之該前部表面上之該不透光材料與安置於該模製化合物之該至少一個側表面上之該不透光材料之間。
18. 一種光學封裝，其包括： 一引線框架；一光電晶粒(optoelectronic die)；一模製化合物，其將該光電晶粒與該引線框架囊封在一起，該模製化合物包含一前部表面及一後部表面，其中該光電晶粒曝露於該模製化合物之該後部表面上；一光導系統，其安置於該模製化合物之該前部表面上且與該光電晶粒重疊；及至少一種不透光材料，其安置於該模製化合物之至少一部分上且經組態以遮蔽該光電晶粒使其不受雜散(stray)光影響；其中該光導系統經組態以引導光朝向該光電晶粒。
19. 如請求項18之光學封裝，其進一步包含一光源，其中：該光導系統包含一凹入區域(recess)；及該不透光材料安置於該光源與該凹入區域之間。
20. 如請求項19之光學封裝，其進一步包含一導覽表面以針對一使用者放置用於導覽目的之一物件，其中該凹入區域係在該導覽表面與該光電晶粒之間。