TWI587003B - 內建光障元件之封裝結構、形成光學封裝結構之方法與所形成之光學封裝結構 - Google Patents

Description

內建光障元件之封裝結構、形成光學封裝結構之方法與所形成之光學封裝結構

本發明大致上關於一種形成光學封裝結構之方法，與所形成之光學封裝結構。特別是，本發明是針對一種內建光障元件之封裝結構，與形成此光學封裝結構之方法。光學封裝結構中的光障元件，完全位於光學封裝結構的封裝材料中，因此具有與傳統的製作方法相容的優點。

隨著可攜式電子產品的發展，觸控螢幕的應用越來越普遍。觸控螢幕是一種具有觸控功能的顯示面板，例如一種觸敏表面之透明面板。觸控螢幕允許使用者藉由手指或觸控筆觸控顯示螢幕作出選擇並移動游標。為了方便觸控螢幕的使用，光學感測器，例如紅外光近接式感測器（IR proximity sensor），即大量應用於手持式通訊裝置上，以用於偵測使用者的臉部，進而達到操作上的控制效果。

應用於手持式產品的近接式感測器，可以用來控制手持式產品某些功能的開與關。一方面當使用者不使用螢幕功能時，螢幕會自動鎖定，藉此延長電池使用時間。另一方面當使用者的頭部靠近觸控螢幕時，自動鎖定螢幕功能，避免通話中頭部誤觸鍵盤而中斷對話。另外，長距離的近接式感測器又可偵測距離約在20至80公分之間的物體是否靠近。

近接式感測器具有一組訊號發射元件（emitter）及訊號偵測元件（detector）。為了避免訊號的串擾（crosstalk），習知的近接式感測器結構係先以封裝材料將訊號發射元件器及訊號偵測器加以封裝之後，再以金屬框或是塑膠蓋卡合於上述的封裝結構，作為具有訊號隔離作用的屏障結構。傳統感測器使用的訊號發射元件，其發光角度大，所以為了有效阻絕訊號發射元件與訊號偵測元件之間的光干擾，例如第12A圖所繪示之臺灣專利案公告號I385364，必須在封裝結構10’與30’之外再使用位於訊號發射元件10及訊號偵測元件30之間的光阻絕元件20（barrier），如橡膠、矽膠等，或是如第12B圖所繪示之臺灣專利案公告號I438405，在封裝完成之後再加入例如塑膠蓋或鐵蓋等的光阻絕元件20，作完全的隔離，避免漏光干擾。

或是，先以封裝材料將訊號發射元件器及訊號偵測器加以封裝之後，再沿著每個感應器區域的周邊進行切割以形成切割道，利用上述切割道將訊號發射器以及訊號偵測器加以區隔。或是更進一步，將隔離件設置於已曝露出基板的隔離切割道上，使得隔離件設置於封裝材料之外。如此，不僅增加封裝製程上的作業與時程，並且因為需要外加的容置空間等限制，並無法達成最小封裝結構。

由於在元件體積縮小化的趨勢下，無論是金屬框、塑膠蓋、切割道或是隔離件，與封裝體之間必須具有相當高的精確度，才得以相互組接而形成高隔離效果的感測器單元，因此大幅提高了製程的難度，同時又損及產品的良率無法有效提升。

本發明於是提出一種內建光障元件之封裝結構。由於封裝結構之光障元件是內建在封裝材料之內，完全不存在光障元件與封裝材料間的對準關係，徹底解決了先前技藝所遇到的問題。較佳者，發光元件還可以緊貼光障元件，使得成品尺寸可以更為減小。本案在於整合封裝體封裝一次成型的製程前，以類似固晶的方式，在感光元件與發光元件之間增加光障元件。如此，在一次封裝成型後，位於封裝體內部的光障元件得以有效阻絕發光元件與感光元件的光干擾，無需二次成型或外加其他阻絕元件（例如加蓋）等後續製程，所以可以增加封裝製程效益，並且能夠達到最小封裝之極限。

本發明首先提出一種內建光障元件之封裝結構，包含基板、發光元件、感光元件、光障元件、以及封裝材料。發光元件位於基板上並用於發出光訊號。感光元件位於基板上並用於接收發光元件的光訊號。光障元件亦位於基板上以及位於發光元件與感光元件之間，而用於屏障發光元件多餘的光訊號。封裝材料完全覆蓋發光元件與感光元件，而使得光障元件完全位於封裝材料中。

在本發明一實施方式中，發光元件之發光半角小於30度。

在本發明另一實施方式中，屏障光訊號可以是吸收光訊號、反射光訊號與偏折光訊號其中之至少一者。

在本發明另一實施方式中，光障元件可以是金屬、半導體材料與絕緣材料其中之至少一者。

在本發明另一實施方式中，封裝材料可以是環氧樹脂、矽氧樹脂與矽化合物其中之至少一者。

在本發明另一實施方式中，光障元件之頂表面距離封裝材料大於50微米。

在本發明另一實施方式中，發光元件緊貼光障元件。

在本發明另一實施方式中，發光元件與感光元件分別與基板電性連結，而得以被外加電力所驅動。

在本發明另一實施方式中，光障元件得以選擇性屏障光訊號。

本發明其次提出一種形成光學封裝結構之方法。首先，提供基板，其包含位於基板上之發光元件、感光元件，以及位於發光元件與感光元件間之光障元件。然後，使用封裝材料完全覆蓋發光元件、感光元件與光障元件。

在本發明一實施方式中，形成內建光障元件之封裝結構之方法，更包含進行固晶製程，將發光元件、感光元件與光障元件分別固定在基板上。

在本發明另一實施方式中，形成內建光障元件之封裝結構之方法，更包含先提供包含光障元件之預基板，然後進行裝配製程，將發光元件與感光元件固定在基板上。

在本發明另一實施方式中，形成內建光障元件之封裝結構之方法中，預基板與光障元件為一體成形者。

在本發明另一實施方式中，形成內建光障元件之封裝結構之方法中，發光元件之發光半角小於30度。

在本發明另一實施方式中，形成內建光障元件之封裝結構之方法中，屏障光訊號包含吸收光訊號、反射光訊號與偏折光訊號其中之至少一者。

本發明又提出一種光學封裝結構，其經由前述形成內建光障元件之封裝結構之方法所製得。本發明所提出的光學封裝結構，其特點在於無需額外引入二次成型或外加其他阻絕元件（例如加蓋）等後續製程，所以可以增加封裝製程效益。

本發明可以提供一種內建光障元件之封裝結構、一種形成光學封裝結構之方法、以及由此形成內建光障元件之封裝結構之方法所製得之一種光學封裝結構。以封裝材料同步將發光元件、感光元件與光障元件完全覆蓋住，而將封裝結構中之光障元件密封在封裝材料之內。較佳者，光障元件距離封裝材料的表面還有一段距離。

本發明首先提出一種形成光學封裝結構之方法。第1圖至第6圖繪示形成本發明光學封裝結構一種可行的方法。一開始，請參考第5圖，提供基板109。基板109包含位於基板109上之發光元件110、感光元件120以及光障元件130。光障元件130即位於發光元件110與感光元件120之間，用於選擇性屏障發光元件110多餘的光訊號111，使發光元件110與感光元件120之間的訊號不會產生干擾（crosstalk）。依據光障元件130的材料不同，選擇性屏障光訊號的方式可以是吸收光訊號、反射光訊號與偏折光訊號其中之至少一種。基板109可以是任何適用於光學封裝之材料，例如矽樹脂玻纖陶瓷。

基板109上安排之發光元件110、感光元件120以及光障元件130，即位於基板109表面上之光學感應區域108中。另外，發光元件110與感光元件120又分別與兩個或以上獨立的電路電連接，用來分別控制發光元件110與感光元件120。例如，使用固晶、打線等方法將發光元件110與電路106電連接，而感光元件120與電路107電連接。在本發明一實施方式中，發光元件110與感光元件120是一組近接式感應器（proximity sensor），而發光元件110可以是訊號發射器（emitter），而感光元件120可以是訊號偵測器（detector）。光訊號111可以是一組平行極化光與垂直極化光的混合。

形成基板109的方式可以不只一種。例如，發光元件110、感光元件120以及光障元件130可以同步形成在基板109上，或是分別將發光元件110、感光元件120以及光障元件130先後形成在基板109上。如果是發光元件110、感光元件120以及光障元件130同步形成在基板109上，請參考第1圖，先提供空白的基板109。然後，經過單一的步驟，例如利用一道固晶製程之晶片黏著方法（die attaching），將發光元件110、感光元件120以及光障元件130一次固著在空白的基板109上，即得到如同第5圖繪示的結果。

或是，請參考第2圖，先提供已安排有光障元件130的預基板105。然後，經過單一的步驟，例如利用裝配製程之晶片黏著方法（die attaching），將發光元件110、感光元件120分別固著在預基板105上，光障元件130的相異兩側，即得到如同第5圖繪示的結果。

形成已安排有光障元件130的預基板105的方式也可以不只一種。例如，請參考第3圖，可以先將光障元件130經過單一的步驟，例如利用固晶製程之晶片黏著方法固著在空白的基板109上，即得到如同第2圖繪示的預基板105。或是，請參考第4圖，光障元件130與預基板105為一體成形者上，即得到如同第2圖繪示的預基板105。此時，光障元件130與預基板105一起為相同之材料。

在將發光元件110、感光元件120以及光障元件130固著在基板109上後，請參考第6圖，就使用封裝材料140將發光元件110、感光元件120以及光障元件130完全覆蓋住，例如密封住發光元件110、感光元件120以及光障元件130。封裝材料140較佳還可以再經過固化之步驟而成型。舉例來說，感光元件120可為一種整合式的距離與環境光源偵測元件（integrated ambient and proximity sensor），封裝材料140則為可透光之封裝材料（clear molded material）。或是，感光元件120可以是一種單一功能的紅外光距離偵測元件（IR proximity sensor），而封裝材料140則對應地為可讓紅外光穿透之材料。本發明並不限定封裝材料140的性質，只要封裝材料140的材料係根據發光元件110與感光元件120的規格加以選擇，以避免封裝材料140影響發光元件110與感光元件120的操作即可。有了內建在封裝材料140中的光障元件130，本發明如此一來即可省略額外增加切割步驟或是外加光阻絕元件的步驟，使得製作方法更為簡單，同時此製程仍保留與傳統的製作方法相容的優點。

在經過以上之方法後，本發明即得到了一種內建光障元件130之封裝結構100。第7圖繪示本發明內建光障元件130之封裝結構100的一個立體示意圖。第8圖繪示本發明內建光障元件130之封裝結構100的一個側視圖。請參考第7圖，本發明內建光障元件130之封裝結構100，包含基板109、發光元件110、感光元件120、光障元件130、以及封裝材料140。基板109可以是任何適用於光學封裝之材料，例如矽樹脂玻纖陶瓷。

發光元件110位於基板109上並用於發出光訊號111，例如紅外線的光訊號。發光元件110的光訊號111亦可以是其他波長之光訊號111。另外，發光元件110發出的光訊號111可以是連續式的、間歇式的、或是連續式的與間歇式的混和。感光元件120位於基板109上，並用於接收發光元件110的光訊號111。光障元件130的邊緣離封裝材料140的表面還有一個不為零的距離L。

請參考第8圖，在本發明一實施方式中，發光元件之發光半角θ小於30度。較佳者，發光半角θ越小越好。例如，發光元件110的發光半角θ小於30度，在內部接收到的雜散光，較不受光障元件130位置變動的影響。發光元件110、感光元件120以及光障元件130位於基板109表面上之光學感應區域108中。另外，發光元件110與感光元件120又分別與兩個或以上獨立的電路電連接，用來分別控制發光元件110與感光元件120。例如，使用固晶、打線等方法將發光元件110與電路106電連接，而感光元件120與電路107電連接。換言之，發光元件110與感光元件120分別與基板109電性連結，而得以被外加電力所驅動。在本發明另一實施方式中，發光元件110與感光元件120是一組近接式感應器，而發光元件110可以是訊號發射器，而感光元件120可以是訊號偵測器。

光障元件130位於基板109上，以及位於發光元件110與感光元件120之間，而得以選擇性屏障發光元件110多餘的光訊號111。屏障光訊號的方式，可以是吸收光訊號、反射光訊號與偏折光訊號其中之至少一者，使得發光元件110與感光元件120之間的訊號不會產生干擾。光障元件130可以是金屬、半導體材料與絕緣材料其中之至少一者，例如矽、鍺、磊晶矽等等。

如第9圖所繪示，當物體150距離封裝結構100一個適當的範圍內時，光訊號112才能夠經由封裝結構100外的反射路徑，再次進入封裝結構100的封裝材料140中，並為感光元件120所接收。所以可以調整發光元件110、感光元件120、光障元件130、以及封裝材料140之間的相對位置，或是調整光障元件130的厚度、封裝材料140高度等關係，使得光訊號112得以經由封裝結構100外的反射路徑，而為感光元件120所接收。

封裝材料140，完全覆蓋發光元件110與感光元件120，而使得光障元件130完全位於封裝材料140中。封裝材料140為對應光訊號111可穿透之材料。例如，感光元件120是紅外光距離偵測元件，封裝材料140即對應地為可讓紅外光穿透之材料。本發明並不限定封裝材料140的性質，只要封裝材料140的材料係根據發光元件110與感光元件120的規格加以選擇，以避免封裝材料140影響發光元件110與感光元件120的操作即可。例如，封裝材料140可以是環氧樹脂、矽氧樹脂與矽化合物其中之至少一者。封裝材料140的折射率可以介於1.4-2.0之間。

在本發明一實施方式中，如第8圖所繪示，光障元件130之頂表面131可以距離封裝材料140的表面一個適當的距離d，例如至少50微米，使得發光元件之發光半角θ小於30度，例如0度至30度之間。在本發明另一實施方式中，如第10圖所繪示，發光元件120還可以緊貼光障元件130，並縮小各元件的尺寸，使得封裝結構100具有較小的體積，以利可攜式電子產品(圖未示)尺寸的縮減，進一步達成理想的極小封裝結構。

另一方面，在本發明一實施方式中，如11A圖所繪示，光障元件130之位置可以位在發光元件110與感光元件120之間，但是更靠近感光元件120。或是在本發明另一較佳實施方式中，如11B圖所繪示，光障元件130之位置可以剛好位在發光元件110與感光元件120之間的正中間。或是，在本發明又一更佳實施方式中，如11C圖所繪示，光障元件130之位置可以位在發光元件110與感光元件120之間，但是更靠近發光元件110。

第11D圖繪示光障元件130之位置、發光元件110的發光半角θ與感光元件120接收能量之間的關係圖。從第11D圖的橫軸可以看出，發光半角θ越小越好。例如，發光元件110的發光半角θ小於40度，在內部接收到的雜散光，幾乎不受光障元件130位置變動的影響。另外，從第11D圖的四組實施例中可以看出，相對於不使用光障元件130，光障元件130能有效的降低感光元件120接收能量， 特別是第11B圖與第11C圖所繪示的實施方式都產生較好的結果。

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’、30’‧‧‧封裝結構

10‧‧‧訊號發射元件

20‧‧‧光阻絕元件

30‧‧‧訊號偵測元件

100‧‧‧封裝結構

105‧‧‧預基板

106/107‧‧‧電路

108‧‧‧光學感應區域

109‧‧‧基板

110‧‧‧發光元件

111/112‧‧‧光訊號

120‧‧‧感光元件

130‧‧‧光障元件

140‧‧‧封裝材料

150‧‧‧物體

131‧‧‧頂表面

第1圖至第6圖繪示形成本發明光學封裝結構一種可行的方法。     第7圖繪示本發明內建光障元件之封裝結構的立體示意圖。     第8圖繪示本發明內建光障元件之封裝結構的側視圖。     第9圖繪示物體使光訊號為感光元件所接收的示意圖。     第10圖繪示封裝結構各元件有縮小的尺寸的示意圖。     第11A圖繪示本發明一實施方式。     第11B圖繪示本發明另一較佳實施方式。     第11C圖繪示本發明又一更佳實施方式。     第11D圖繪示繪示光障元件之位置、發光元件的發光半角θ與感光元件接收能量之間的關係圖。     第12A圖繪示封裝結構之外再使用光阻絕元件的先前技藝。     第12B圖繪示在封裝完成之後再加入光阻絕元件的先前技藝。

100‧‧‧封裝結構

106/107‧‧‧電路

108‧‧‧光學感應區域

109‧‧‧基板

110‧‧‧發光元件

111‧‧‧光訊號

120‧‧‧感光元件

130‧‧‧光障元件

140‧‧‧封裝材料

Claims (16)

1. 一種內建光障元件之封裝結構，包含：        一基板；     一發光元件，其位於該基板上並用於發出一光訊號；     一感光元件，其位於該基板上並用於接收該光訊號；     一光障元件，其位於該基板上以及位於該發光元件與該感光元件之間，而用於屏障該光訊號；以及     一封裝材料，完全覆蓋該發光元件與該感光元件以及該光障元件，而使得該發光元件、該感光元件與該光障元件完全位於該封裝材料中。
2. 如請求項1之內建光障元件之封裝結構，其中該發光元件之發光半角小於30度。
3. 如請求項1之內建光障元件之封裝結構，其中屏障該光訊號包含吸收該光訊號、反射該光訊號與偏折該光訊號其中之至少一者。
4. 如請求項1之內建光障元件之封裝結構，其中該光障元件包含一金屬、一半導體材料與一絕緣材料其中之至少一者。
5. 如請求項1之內建光障元件之封裝結構，其中該封裝材料包含環氧樹脂、矽氧樹脂與矽化合物其中之至少一者。
6. 如請求項1之內建光障元件之封裝結構，其中該光障元件之一頂表面距離該封裝材料大於50微米。
7. 如請求項1之內建光障元件之封裝結構，其中該發光元件緊貼該光障元件。
8. 如請求項1之內建光障元件之封裝結構，其中該發光元件與該感光元件分別與該基板電性連結，而得以被外加電力所驅動。
9. 如請求項1之內建光障元件之封裝結構，其中該光障元件得以選擇性屏障該光訊號。
10. 一種形成光學封裝結構之方法，包含：     提供一基板，其包含位於該基板上之一發光元件、該基板上之一感光元件以及位於該基板上、該發光元件與該感光元件間之一光障元件；以及     使用一封裝材料，完全覆蓋該發光元件、該感光元件與該光障元件。
11. 如請求項10形成內建光障元件之封裝結構之方法，更包含：     進行一固晶製程，將該發光元件、該感光元件與該光障元件分別固定在該基板上。
12. 如請求項10形成內建光障元件之封裝結構之方法，更包含：     提供一預基板，其包含該光障元件；以及     進行一裝配製程，將該發光元件與該感光元件固定在該基板上。
13. 如請求項12形成內建光障元件之封裝結構之方法，其中該預基板與該光障元件為一體成形者。
14. 如請求項10形成內建光障元件之封裝結構之方法，其中該發光元件之發光半角小於30度。
15. 如請求項10形成內建光障元件之封裝結構之方法，其中屏障該光訊號包含吸收該光訊號、反射該光訊號與偏折該光訊號其中之至少一者。
16. 一種光學封裝結構，其經由請求項10形成內建光障元件之封裝結構之方法所製得。