TWI659228B - 光學模組、其製造方法以及包含光學模組之電子裝置 - Google Patents

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TWI659228B TW104143210A TW104143210A TWI659228B TW I659228 B TWI659228 B TW I659228B TW 104143210 A TW104143210 A TW 104143210A TW 104143210 A TW104143210 A TW 104143210A TW I659228 B TWI659228 B TW I659228B
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馬瑞彬
Ying Chung Chen
陳盈仲
Lu Ming Lai
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Advanced Semiconductor Engineering, Inc.
日月光半導體製造股份有限公司
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Abstract

本揭露關於一種光學模組，包括：載體、發光元件、光學感測器、蓋體以及第一透鏡。發光元件位在載體上。光學感測器位在載體上。蓋體位在載體上，且可包圍發光元件或光學感測器。蓋體包括：第一容置空間、第一側壁、第二側壁以及第一支撐部。第一容置空間至少包括第一通孔及位於第一通孔下方的第二通孔，第一通孔具有一第一孔徑，第二通孔具有一第二孔徑。第一側壁圍繞第一通孔。第二側壁圍繞第二通孔。第一支撐部連接第一側壁底端和第二側壁頂端。第一透鏡位於第一通孔內且由第一支撐部所支撐。其中發光元件或光學感測器位於第一容置空間中。

Description

光學模組、其製造方法以及包含光學模組之電子裝置
本揭露係關於一種光學模組、其製造方法以及包含光學模組之電子裝置。
光學模組，例如常應用於智慧型手機等行動(mobile)電子裝置之接近感應器(Proximity Sensor)，可用來感測位於光學模組附近的物體其通常具有發光元件以及光學感測器，光學感測器可接收或感測由發光元件發出並經由外部或附近的物體(例如：一智慧型手機使用者人臉表面)反射後的光線，而感測到外部或附近物體的接近、以利行動電子裝置做出自動關閉(turn-off)畫面的動作。
光學模組在製造過程中，在將發光元件和光學感應器等光學元件固定到光學模組的基板上時，由於對位相對不夠精確而可能產生誤差，例如固晶機台在將晶粒固定到基板上時，可能產生10微米(μm)的偏移(shift)或誤差。誤差會使得發光元件和光學感應器未能按照光路設計精準地配置在基板上的預定位置，進而影響光學模組的運作性能。
此外，可使用透明封裝材料包覆發光元件和光學感應器以達到保護的效果，並可進一步將預定形狀的透明封裝材料形成在發光元件及/或光學感應器上方以形成透鏡，而達到聚光或導引光線的效果。然而一般使用模封(molding)技術來進行將透明封裝材料形成的透鏡的製程，無論來自是模具模穴尺寸的誤差或模具對位的機械誤差所累加而 造成透鏡尺寸、位置的誤差也會影響光學模組的運作，舉例而言：透鏡中心與發光源同軸度過低將直接造成發光效率降低。另一方面，使用透明封裝材料形成透鏡以及包覆發光元件和光學感應器的封裝體所需的模具之設計因光學模組尺寸或客製要求等規格上的多樣性，成本也隨之提高。
再者，光學模組的基板上所具有的對準定位孔具有一定的製造公差，因此在光學模組的製造過程中，例如將隔絕發光元件和光學感應器的蓋體固定到基板上時，會產生相對應之誤差，可能造成與依預定光路所設計蓋體其預定防止串音干擾的能力下降，影響光學模組的運作。
根據本揭露之一實施例，一種光學模組包括：載體、發光元件、光學感測器、蓋體以及第一透鏡。發光元件位在載體上。光學感測器位在載體上。蓋體位在載體上，且可包圍發光元件或光學感測器。蓋體包括：第一容置空間、第一側壁、第二側壁以及第一支撐部。第一容置空間至少包括第一通孔及位於第一通孔下方的第二通孔，第一通孔具有一第一孔徑，第二通孔具有一第二孔徑。第一側壁圍繞第一通孔。第二側壁圍繞第二通孔。第一支撐部連接第一側壁底端和第二側壁頂端。第一透鏡位於第一通孔內且由第一支撐部所支撐。其中發光元件或光學感測器位於第一容置空間中。
根據本揭露之一實施例，一種光學模組之製造方法包含(a)提供一基板；(b)將一發光元件及一光學感測器固定在基板；(c)將一蓋體設置於基板上，並同時包圍發光元件及光學感測器，其中蓋體包括：第一容置空間，第一容置空間至少包括第一通孔及位於第一通孔下方的第二通孔，第一通孔具有第一孔徑，第二通孔具有第二孔徑，第一孔徑大於第二孔徑；第一側壁，第一側壁圍繞第一通孔；第二側壁，第二 側壁圍繞第二通孔；第一支撐部，第一支撐部連接第一側壁底端和第二側壁頂端；第二容置空間，第二容置空間至少包括第三通孔及位於第三通孔下方的第四通孔，第三通孔具有第三孔徑，第四通孔具有第四孔徑，第三孔徑大於第四孔徑；第三側壁，第三側壁圍繞第三通孔；第四側壁，第四側壁圍繞第四通孔；以及第二支撐部，第二支撐部連接第三側壁底端和第四側壁頂端；(d)將一第一透鏡及一第二透鏡分別定位於第一通孔及第三通孔中，並分別由第一支撐部及第二支撐部所支撐。
根據本揭露之一實施例，一種電子裝置包括光學模組。光學模組包括：載體、發光元件、光學感測器、蓋體以及第一透鏡。發光元件位在載體上。光學感測器位在載體上。蓋體位在載體上，且可包圍發光元件或光學感測器。蓋體包括第一容置空間、第一側壁、第二側壁以及第一支撐部。第一容置空間至少包括第一通孔及位於第一通孔下方的第二通孔，第一通孔具有第一孔徑，第二通孔具有一第二孔徑。第一側壁圍繞第一通孔。第二側壁圍繞第二通孔。第一支撐部連接第一側壁底端和第二側壁頂端。第一透鏡係位於第一通孔內且由第一支撐部所支撐。其中發光元件或光學感測器位於第一容置空間中。
1‧‧‧蓋體
1'‧‧‧蓋體
5‧‧‧基板
5'‧‧‧基板
6‧‧‧發光元件
7‧‧‧光學感測器
9‧‧‧電子裝置
11‧‧‧第一容置空間
11'‧‧‧第一容置空間
12‧‧‧第二容置空間
12'‧‧‧第二容置空間
31‧‧‧第一透鏡
33‧‧‧第二透鏡
51‧‧‧接合導線
100‧‧‧光學模組
100'‧‧‧光學模組
111‧‧‧第一通孔
111'‧‧‧第一通孔
112‧‧‧第二通孔
112'‧‧‧第二通孔
113‧‧‧第一通氣孔
113'‧‧‧第一通氣孔
114'‧‧‧第六通孔
115‧‧‧第一支撐部
115'‧‧‧第一支撐部
121‧‧‧第三通孔
121'‧‧‧第三通孔
122‧‧‧第四通孔
122'‧‧‧第四通孔
123‧‧‧第二通氣孔
124‧‧‧第五通孔
124'‧‧‧第五通孔
125‧‧‧第二支撐部
125'‧‧‧第二支撐部
126'‧‧‧第七通孔
311‧‧‧透鏡部
313‧‧‧底部
331‧‧‧透鏡部
333‧‧‧底部
1111‧‧‧第一側壁
1111'‧‧‧第一側壁
1121‧‧‧第二側壁
1121'‧‧‧第二側壁
1121'‧‧‧第三側壁
1121S‧‧‧內壁
1121S'‧‧‧內壁
1141'‧‧‧第六側壁
1211‧‧‧第三側壁
1211'‧‧‧第三側壁
1221‧‧‧第四側壁
1221'‧‧‧第四側壁
1221'‧‧‧第四側壁
1221S‧‧‧內壁
1241‧‧‧第五側壁
1241'‧‧‧第五側壁
1261'‧‧‧第七側壁
圖1為根據本揭露一實施例之光學模組示意圖；圖2A為根據本揭露一實施例之光學模組剖面示意圖；圖2B為根據本揭露一實施例之蓋體的立體透視圖；圖2C為根據本揭露一實施例之蓋體之剖面立體透視圖；圖3A至圖3E為根據本揭露一實施例之光學模組之製造方法示意圖；圖4為根據本揭露另一實施例之光學模組之示意圖；圖5A為根據本揭露另一實施例之光學模組之剖面示意圖； 圖5B為根據本揭露另一實施例之蓋體之立體透視圖；圖5C為根據本揭露另一實施例之蓋體之剖面立體透視圖；圖6A至圖6E為根據本揭露另一實施例之光學模組之製造方法示意圖；及圖7為根據本揭露一實施例之包含圖1或4的光學模組之電子裝置示意圖。
圖1為根據本揭露一實施例之光學模組的示意圖。參閱圖1，光學模組100可包含一蓋體1、一基板5、一發光元件(圖未示)、一光學感測器(圖未示)、第一透鏡31及第二透鏡33。
光學模組100係可為但不限於一接近感應器，其可應用於但不限於行動電話、平板電腦或智慧型手機等電子產品。
圖2A為根據本揭露一實施例之光學模組剖面示意圖。在圖2A中，光學模組100可包含蓋體1、基板5、發光元件6、光學感測器7、第一透鏡31及第二透鏡33。
基板5可以是或可以包含，但不限於例如印刷電路板一類的載體(carrier)。基板5中或表面上可包含佈線(trace)、接合導線焊墊(wire bond pad)及/或導通孔(via)。基板5可由熟習此技藝者所知可作為基板的材料組成。
發光元件6可以是但不限於例如發光二極體(light emitting diode，LED)。
光學感測器7可以是但不限於例如光電二極體(photodiode)。
可使用但不限於導電或不導電的黏膠將發光元件6和光學感測器7固定在基板5的上表面，並且可使用接合導線51分別將發光元件6和光學感測器7電連接到位於基板5的上表面的接合導線焊墊(圖未示)。在本揭露的另一實施例中，可使用但不限於覆晶(Flip-Chip)技術分別 將發光元件6和光學感測器7固定在基板5的上表面(圖未示)。
蓋體1係設置於在基板5的上方或上表面。蓋體1具有一第一容置空間11及一第二容置空間12。
第一容置空間11可包含一第一通孔111及一第二通孔112。第一通孔111係設置於第二通孔112上方。
第一側壁1111圍繞或形成第一通孔111。第一通孔111具有一第一孔徑。
第二側壁1121圍繞或形成第二通孔112。第二通孔112具有一第二孔徑。發光元件6可位於第二通孔112中。
第一孔徑之尺寸係大於第二孔徑之尺寸。圍繞第一通孔111之第一側壁1111之底端與圍繞第二通孔112之第二側壁1121之頂端之間具有一第一支撐部115。換句話說，第一支撐部115連接第一側壁1111之底端與第二側壁1121之頂端。
蓋體1之第二側壁1121進一步包含或形成一第一通氣孔113。第一通氣孔113橫向或側向連通第二通孔112和蓋體1外部。換句話說，氣體或液體等流體(圖未示)可藉由第一通氣孔113自第二通孔112流向蓋體1外部，反之亦然。
第二容置空間12可包含一第三通孔121、一第四通孔122以及一第五通孔124。第四通孔122位於第五通孔124上方。第三通孔121係設置於第四通孔122上方。第三側壁1211圍繞或形成第三通孔121。第三通孔121具有一第三孔徑。
第四側壁1221圍繞或形成第四通孔122。第四通孔122具有一第四孔徑。
第五側壁1241圍繞或形成第五通孔124。第五通孔124具有一第五孔徑。光學感測器7可位於第五通孔124中。
第三孔徑之尺寸係大於第四孔徑之尺寸。圍繞第三通孔121之第 三側壁1211之底端與圍繞第四通孔122之第四側壁1221之頂端之間具有一第二支撐部125。換句話說，第二支撐部125連接第三側壁1211之底端與第四側壁1221之頂端。
第五孔徑之尺寸係大於第四孔徑之尺寸。
蓋體1之第四側壁1221及/或第五側壁1241可進一步包含或形成一第二通氣孔123。第二通氣孔123橫向或側向連通第四通孔122和蓋體1外部。第二通氣孔123橫向或側向連通第四通孔122和蓋體1外部。換句話說，氣體或液體等流體(圖未示)可藉由第二通氣孔123自第四通孔122及第五通孔124流向蓋體1外部，反之亦然。
當蓋體1設置於基板5上時，發光元件6及光學感測器7被蓋體1所包圍。發光元件6位於第一容置空間11之第二通孔112中。光學感測器7位於第二容置空間12之第五通孔124中。
第一透鏡31位於第一容置空間11之第一通孔111中且由第一支撐部115所支撐。第一通孔111之第一孔徑之尺寸大於第一透鏡31之底部313之尺寸。
因此，當第一透鏡31被支撐於第一支撐部115上時，第一透鏡31的底部313與第一側壁1111之間有一第一間隙(未標號)。
在將第一透鏡31設置於第一支撐部115時，必需將透鏡部311的中心與發光元件6之發光區的幾何中心對準，使得發光模組100可有最佳發光效率。雖發光元件6已固定在基板5上，但仍能藉由調整第一透鏡31的水平位置來進行對準的動作。第一間隙可供調整第一透鏡31的水平位置。
第二通孔112之第二孔徑之尺寸大於第一透鏡31之透鏡部311之尺寸，因此在適當地設置第一透鏡31於第一通孔111中的情況下，位於第一透鏡31下方之發光元件6所發出之光線可實質上完全地通過透鏡部311而射出，進而增加發光效率。
第二透鏡33位於第二容置空間12之第三通孔121中且由第二支撐部125所支撐。第三通孔121之第三孔徑之尺寸大於第二透鏡33之底部333之尺寸。
因此，當第二透鏡33被支撐於第二支撐部125上時，第二透鏡33之底部333與第三側壁1211之間有一第二間隙(未標號)。
在將第二透鏡33設置於第二支撐部125時，必需將透鏡部331的中心與光學感測器7之感光區對準，使得進入第三通孔121的光線都可以到達光學感測器7之感光區。雖光學感測器7已固定在基板5上，但仍能藉由調整第二透鏡33的水平位置來進行對準的動作。第二空間可供調整第二透鏡33的水平位置。
第四通孔122之第四孔徑之尺寸大於第二透鏡33之透鏡部331之尺寸，因此在適當地設置第二透鏡33於第三通孔121中的情況下，位於第二透鏡33下方之光學感測器7可實質上完全地接收通過透鏡部331的光線，進而增加光接收及感測效率。
由於蓋體1具有第一支撐部115和第二支撐部125可分別承載第一透鏡31與第二透鏡33，當第一透鏡31與第二透鏡33分別被固定於第一支撐部115及第二支撐部125後，由於上方有第一透鏡31與第二透鏡33的保護，因此可不需要再使用封裝材料分別包覆發光元件6和光學感測器7，亦可不需要使用一般模封(molding)技術來進行將透明封裝材料形成透鏡的製程，也相對地降低製程所帶來的誤差以及封裝模具等成本。
在本實施例中，當第一透鏡31與第二透鏡33分別被固定於第一支撐部115及第二支撐部125後，第一透鏡31與發光元件6之間，以及第二透鏡33與光學感測器7之間並沒有包覆任何封裝材料。第二通孔112、第四通孔122和第五通孔124內可僅存在空氣而無封裝材料存在。
另外，光學模組100可能在隨後製程中被安裝到系統基板或印刷電路板上。由於在安裝光學模組100的過程中可能在高溫的環境下操作，例如在進行回焊(reflow)時溫度可達攝氏250度。當第一透鏡31與第二透鏡33分別被固定於第一支撐部115及第二支撐部125後，若經上述高溫操作環境，第二通孔112、第四通孔122和第五通孔124內的空氣可能因受熱膨脹而使第一透鏡31與第二透鏡33分別脫離第一支撐部115及第二支撐部125。
在本實施例中，由於光學模組100具有第一通氣孔113和第二通氣孔123，因此在第二通孔112、第四通孔122和第五通孔124的空氣在受熱膨脹後會由第一通氣孔113和第二通氣孔123向蓋體1之外部洩出，避免無處宣洩而使第一透鏡31及第二透鏡33與蓋體1分離。
圖2B為根據本揭露一實施例之蓋體的立體透視圖。圖2C為根據本揭露一實施例之蓋體之剖面立體透視圖。參閱圖2B及圖2C，蓋體1具有一第一容置空間11及一第二容置空間12。第一容置空間11可由上下垂直疊置之第一通孔111及第二通孔112所組成。第一通孔111係設置於第二通孔112之上方。
第一通孔111具有由第一側壁1111所界定之第一孔徑。第二通孔112具有由第二側壁1121所界定之一第二孔徑。第一孔徑之尺寸係大於第二孔徑之尺寸。
由於第一通孔111之第一孔徑大於第二通孔112之第二孔徑，第一側壁1111之底部與第二側壁1121之頂端之間，則會形成第一支撐部115。
此外，蓋體1之第一容置空間11可連通第一通氣孔113。第一通氣孔113自第二側壁1121之內壁延伸至第二側壁1121之外壁。
第二容置空間12由上下垂直疊置之第三通孔121、第四通孔122以及第五通孔124所組成。第三通孔121係設置於第四通孔122之上 方。而第五通孔124可設置於第四開口122之下方。
而第三通孔121具有由第三側壁1211所界定之第三孔徑。第四通孔122具有由第四側壁1221所界定之第四孔徑。第三孔徑之尺寸係大於第四孔徑之尺寸。另，第五通孔124具有由第五側壁1241所界定之第五孔徑。而第五孔徑之尺寸可大於第四孔徑之尺寸。
由於第三通孔121之第三孔徑大於第四通孔122之第四孔徑，故第三側壁1211之底部與第四側壁1221之頂端間會形成一第二支撐部125。
此外，蓋體1之第二容置空間12可連通第二通氣孔123。第二通氣孔123可自但不限於第五側壁1241的內壁延伸至第五側壁1241的外壁。在本揭露的一實施例中，第二通氣孔123可自但不限於第四側壁1221的內壁延伸至第四側壁1221的外壁(未顯示)。
如圖2B之蓋體1可由例如是但不限於塑膠射出成形製程等機械製造方法而得。
圖3A至圖3E為根據本揭露一實施例之光學模組之製造方法示意圖。
參考圖3A，可將發光元件6及光學感測器7分別或同時固定在基板5的一表面上。可使用接合導線51分別將發光元件6和光學感測器7電連接到位於基板5的表面上的接合導線焊墊(圖未示)。在本揭露的另一實施例中，發光元件6和光學感測器7可為覆晶型晶粒(flip-chip die)，因此可使用例如焊錫而不需要導線51將發光元件6和光學感測器7固定在基板5上。
在本實施例之製造方法中，可利用發光元件6或光學感測器7表面之焊墊、線路圖案(例如線路交叉成直角或十字處)或其他基準標記(fiducial mark)，配合基板5上表面可包含供定位的基準標記(圖未示)，並採用包含有CCD鏡頭的光學辨識定位系統，作進一步的光學 辨識對準定位動作，以相對精準地將發光元件6和光學感測器7固定在基板5上的預定位置。
參考圖3B，可將蓋體1固定於基板5的預定位置上，使得蓋體1可同時包圍發光元件6及光學感測器7。基板5上表面可包含供定位的基準標記(圖未示)。蓋體1可具有四邊凸出之定位設計(圖未示)，以減少將蓋體1黏貼到基板5時因黏膠的流動性或黏膠烘烤固化的製程中發生偏移。可利用取放機台(pick and place machine)分別地逐一將各個蓋體1定位於基板5上。在本揭露的另一實施例中，可將整片具有多個蓋體1之蓋體陣列，輔以適合之定位孔(機械或光學上的)或定位治具而將該等蓋體1定位於基板5上。
可利用發光元件6及光學感測器7表面之焊墊、線路圖案(例如線路交叉成直角或十字處)、其他基準標記(fiducial mark)或基板5上可供定位的基準標記(圖未示)，配合蓋體1之光學可辨識之定位標記圖案，例如第二側壁1121的內壁1121s(可參圖2A)之邊緣以及第四側壁1221的內壁1221s(可參圖2A)之邊緣，而作進一步的光學辨識對準定位動作，以相對地減少將蓋體1固定於基板5上之誤差。
在蓋體1被固定於基板5上後，發光元件6係位於蓋體1之第一容置空間11之第二通孔112中，而光學感測器7係位於該第二容置空間12之第五通孔124中。
參考圖3C，圖3C係顯示一透鏡陣列。透鏡陣列可包含但不限於覆數個透鏡31(33)以及連接部34。連接部34連接每個透鏡31(33)。透鏡31(33)具有特殊之模具成形結構，例如透鏡部311(331)為球面形狀而與採用模具成形透鏡之製程而形成的流道、即透鏡底部313(333)，之鄰接部312(332)在剖面上所呈現階梯狀的構造，其從透鏡部上方觀之將呈現高亮度的光環、光環的圓周中心即為透鏡31(33)之幾何中心線，可在隨後將透鏡31(33)固定到蓋體1時做為光學辨識可對準之標 記。
參考圖3D，圖3D顯示可移除連接部34，例如以切割方式移除連接部34，以將透鏡陣列切割成彼此分離之單一第一透鏡31或第二透鏡33。
參考圖3E，圖3E顯示將第一透鏡31及第二透鏡33分別固定於蓋體1之第一支撐部115及第二支撐部125上。可利用光學定位系統以根據透鏡31(33)之光學可對準之標記，例如以透鏡部311(331)之鄰接部312(332)做為光學可對準之標記，利用取放機台來辨識而抓取透鏡31(33)，以進行將第一透鏡31及第二透鏡33分別放置於蓋體1之第一支撐部115及第二支撐部125上的步驟。
在本實施例之一製造方法中，並非使用例如第二側壁1121的內壁1121s之邊緣以及第四側壁1221的內壁1221s之邊緣做為放置透鏡31/33所參考之光學辨識定位的對準標記，而是利用發光元件6或光學感測器7表面之焊墊、線路圖案(例如線路交叉成直角或十字處)或其他基準標記(fiducial mark)做為放置透鏡31(33)所參考之光學辨識定位的對準標記。此乃由於發光元件6或光學感測器7通常係經由半導體微影等圖案化製程形成，故其表面之焊墊、線路圖案或其他基準標記圖案，相較蓋體1上由機械加工製程所形成之可辨識外形圖案在位置及尺寸的精確度為高，因此在發光元件6或光學感測器7於基板5上固定後，在放置透鏡31(33)時即可利用發光元件6及光學感測器7表面之焊墊、線路(例如線路交叉成直角或十字處)或其他基準標記來進行較精確的定位，以免影響光學模組100的發光或感測效率。
第一容置空間11之第一通孔111之第一孔徑之尺寸大於第一透鏡31之透鏡底部313之尺寸，而使得第一透鏡31與第一側壁1111之間存有一第一間隙(圖未標號)。因第二容置空間12之第三通孔121之第三孔徑之尺寸大於第二透鏡33之透鏡底部333之尺寸，而使得第二透鏡 33與第三側壁1211之間存有一第二間隙(圖未標號)。在上述固定步驟中，第一透鏡31和第二透鏡33可在第一或第二間隙移動以進行及完成定位對準。
可利用UV膠、黏貼薄膜或是高黏滯性的黏貼膠將該第一與第二透鏡31、33與蓋體1貼合，以避免於膠材硬化烘烤時，膠材之流動性會造成第一與第二透鏡31、33產生偏移，以減少對準定位上之誤差。
圖4為根據本揭露另一實施例之光學模組之示意圖。圖4所示之光學模組100'可包含一蓋體1'、一基板5、一發光元件(圖未示)、一光學感測器(圖未示)、第一透鏡31及第二透鏡33。
光學模組100'係可應用但不限於行動電話、平板電腦或智慧型手機等電子產品。
圖5A為根據本揭露另一實施例之光學模組之剖面示意圖。在圖5A中，光學模組100可包含蓋體1'、基板5'、發光元件6、光學感測器7、第一透鏡31及第二透鏡33。
基板5'可以是或可以包含，但不限於例如印刷電路板一類的載體(carrier)。基板5'中或表面上可包含佈線(trace)、接合導線焊墊(wire bond pad)及/或導通孔(via)。基板5'可由熟習此技藝者所知可作為基板的材料組成。
發光元件6可以是但不限於例如發光二極體(light emitting diode，LED)。
光學感測器7可以是但不限於例如光電二極體(photodiode)。
可使用但不限於導電或不導電的黏膠將光學感測器7固定在基板5'的上表面，並將發光元件6固定在光學感測器7上表面。可使用接合導線51將光學感測器7電連接到位於基板5'的上表面的接合導線焊墊(圖未示)。可使用接合導線51將發光元件6電連接到位於光學感測器7上表面的接合導線焊墊(圖未示)。
在本揭露的另一實施例中，可使用但不限於覆晶(Flip-Chip)技術將光學感測器7固定在基板5'的上表面(圖未示)，並且將發光元件6固定在光學感測器7上表面。
蓋體1'係設置於在基板5'的上方或上表面。蓋體1'具有一第一容置空間11'及一第二容置空間12'。
第一容置空間11'可包含一第一通孔111'、一第二通孔112'和一第六通孔114'。第二通孔112'位於第六通孔114'上方。第一通孔111'位於第二通孔112'上方。
第一側壁1111'圍繞或形成第一通孔111'。第一通孔111'具有一第一孔徑。
第二側壁1121'圍繞或形成第二通孔112'。第二通孔112'具有一第二孔徑。
第六側壁1141'圍繞或形成第六通孔114'。第六通孔114'具有一第六孔徑。發光元件6可位於第六通孔114'中。
第一孔徑之尺寸係大於第二孔徑之尺寸。第六孔徑之尺寸係大於第二孔徑之尺寸。
圍繞第一通孔111'之第一側壁1111'之底端與圍繞第二通孔112'之第二側壁1121'之頂端之間具有一第一支撐部115'。換句話說，第一支撐部115'連接第一側壁1111'之底端與第二側壁1121'之頂端。
第二容置空間12'可包含一第三通孔121'、一第四通孔122'以及一第五通孔124'。
第四通孔122'位於第五通孔124'上方。第三通孔121'係設置於第四通孔122'上方。
第三側壁1211'圍繞或形成第三通孔121'。第三通孔121'具有一第三孔徑。
第四側壁1221'圍繞或形成第四通孔122'。第四通孔122'具有一第 四孔徑。
第五側壁1241'圍繞或形成第五通孔124'。第五通孔124'具有一第五孔徑。
第三孔徑之尺寸係大於第四孔徑之尺寸。圍繞第三通孔121'之第三側壁1211'之底端與圍繞第四通孔122'之第四側壁1221'之頂端之間具有一第二支撐部125'。換句話說，第二支撐部125'連接第三側壁1211'之底端與第四側壁1221'之頂端。
第五孔徑之尺寸係大於第四孔徑之尺寸。
蓋體1'可包含一位於第五通孔124'和第六通孔114'下方的第七通孔126'。光學感測器7'可位於第七通孔126'中。
第七側壁1261'圍繞第七通孔126'。第七側壁1261'位於該第五側壁1241'及第六側壁1141'下方且第七通孔126'具有一第七孔徑。第七孔徑大於該第五孔徑與該第六孔徑的和。
蓋體1'之第七側壁1261'可進一步包含或形成一第一通氣孔113'。第一通氣孔113'橫向或側向連通第七通孔126'和蓋體1'外部。換句話說，氣體或液體等流體(圖未示)可藉由第一通氣孔113'自第七通孔126'流向蓋體1外部，反之亦然。蓋體1'之第二側壁1121'、第四側壁1221'、第五側壁1241'或第六側壁1141'也可進一步包含或形成類似於第一通氣孔113'之通氣孔，使得流動於第二通孔112'、第四通孔122'、第五通孔124'、第六通孔114'以及第七通孔126'中的氣體或液體等流體(圖未示)可藉由通氣孔流向蓋體1外部，反之亦然。
當蓋體1'設置於基板5'上時，發光元件6及光學感測器7被蓋體1'所包圍。發光元件6位於第一容置空間11'之第六通孔114'中。光學感測器7位於第七通孔126'中。
第一透鏡31位於第一容置空間11'之第一通孔111'中且由第一支撐部115'所支撐。第一通孔111'之第一孔徑之尺寸大於第一透鏡31之底 部313之尺寸。
因此，當第一透鏡31被支撐於第一支撐部115'上時，第一透鏡31的底部313與第一側壁1111'之間有一第一間隙(未標號)。
在將第一透鏡31設置於第一支撐部115'時，必需將透鏡部311的中心與發光元件6之發光區的幾何中心對準，使得發光模組100'可有最佳發光效率。由於發光元件6已固定在光學感測器7上，因此僅能藉由調整第一透鏡31的水平位置來進行對準的動作。第一間隙可供調整第一透鏡31的水平位置。
可利用第二側壁1121'的內壁1121s'之邊緣做為定位標記與透鏡部311的中心進行對準動作。
由於第二通孔112'之第二孔徑之尺寸大於第一透鏡31之透鏡部311之尺寸，因此在適當地設置第一透鏡31於第一通孔111'中的情況下，位於第一透鏡31下方之發光元件6所發出之光線可實質上完全地通過透鏡部311而射出，進而增加發光效率。
第二透鏡33位於第二容置空間12'之第三通孔121'中且由第二支撐部125'所支撐。第三通孔121'之第三孔徑之尺寸大於第二透鏡33之底部333之尺寸。
因此，當第二透鏡33被支撐於第二支撐部125'上時，第二透鏡33之底部333與第三側壁1211'之間有一第二間隙(未標號)。
在將第二透鏡33設置於第二支撐部125'時，必需將透鏡部331的中心與光學感測器7之感光區(圖未示)對準，使得進入第三通孔121'的光線都可以到達光學感測器7之感光區。
由於光學感測器7已固定在基板5'上，因此僅能藉由調整第二透鏡33的水平位置來進行對準的動作。第二間隙可供調整第二透鏡33的水平位置。
可利用第四側壁1221'的內壁1221s'之邊緣做為定位標記與透鏡部 331的中心進行對準動作。
由於第四通孔122'之第四孔徑之尺寸大於第二透鏡33之透鏡部331之尺寸，因此在適當地設置第一透鏡33於第三通孔121'中的情況下，位於第二透鏡33下方之光學感測器7可實質上完全地接收通過透鏡部331的光線，進而增加光接收效率。
由於蓋體1'具有第一支撐部115'和第二支撐部125'可分別承載第一透鏡31與第二透鏡33，因此不需要由透明封裝材料所組成的透鏡，也相對地降低製程的複雜度以及成本。
當第一透鏡31與第二透鏡33分別被固定於第一支撐部115'及第二支撐部125'後，由於上方有第一透鏡31與第二透鏡33的保護，因此不需要再使用封裝材料分別包覆發光元件6和光學感測器7。換句話說，第一透鏡31及第二透鏡33與發光元件6和光學感測器7之間並沒有包覆任何封裝材料。第二通孔112'、第四通孔122'、第五通孔124'、第六通孔114'以及第七通孔126'內可僅存在空氣而無封裝材料存在。
然而，光學模組100'可能在隨後製程中被安裝到系統基板或印刷電路板上。由於在安裝光學模組100'的過程中可能在高溫的環境下操作，例如在進行回焊(reflow)時溫度可達攝氏250度。
若無適當的設計，第二通孔112'、第四通孔122'、第五通孔124'、第六通孔114'以及第七通孔126'內的空氣可能因受熱膨脹而使第一透鏡31與第二透鏡33分別脫離第一支撐部115'及第二支撐部125'。
由於光學模組100'具有第一通氣孔113'，因此在第二通孔112'、第四通孔122'、第五通孔124'、第六通孔114'以及第七通孔126'內的空氣在受熱膨脹後會由第一通氣孔113'向蓋體1'之外部洩出，避免第一透鏡31及第二透鏡33與蓋體1'分離。
由於發光元件6位於光學感測器7上，因此蓋體1'和基板5'與圖2A所示之光學模組100的蓋體1和基板5相較之下具有較小的面積。換句 話說，光學模組100'之尺寸可能小於光學模組100之尺寸。
圖5B為根據本揭露另一實施例之蓋體之立體透視圖。圖5C為根據本揭露另一實施例之蓋體之剖面立體透視圖。參閱圖5B及圖5C，蓋體1'具有一第一容置空間11'及一第二容置空間12'。
第一容置空間11'由彼此上下垂直疊置之第一通孔111'、第二通孔112'及第六通孔114'所構成。
第一通孔111'係設置於第二通孔112'之上方。第二通孔112'係設置於第六通孔114'之上方。
而第一通孔111'具有由第一側壁1111'所界定之一第一孔徑。第二通孔112'具有由第二側壁1121'所界定之一第二孔徑。第一孔徑之尺寸係大於第二孔徑之尺寸。第六通孔114'具有由第六側壁1141'所界定之第六孔徑，且第六孔徑之尺寸係大於第二孔徑之尺寸。
由於第一通孔111'之第一孔徑大於第二通孔112'之第二孔徑，故當第一開口111'疊置於該第二開口112'之上時，第一側壁1111'之底部與第二側壁1121'之頂端之間會形成第一支撐部115'。
第二容置空間12'由彼此上下垂直疊置之第三通孔121'、一第四通孔122'、第五通孔124'所構成。
第三通孔121'係設置於第四通孔122'之上方。第四通孔122'設置於第五通孔124'之上方。
第三通孔121'具有由一第三側壁1211'所界定之一第三孔徑。
第四通孔122'具有由第四側壁1221'所界定之一第四孔徑。第三孔徑之尺寸係大於第四孔徑之尺寸。
第五通孔124'具有由第五側壁1241'所界定之第五孔徑。第五孔徑之尺寸可大於第四孔徑之尺寸。
由於第三通孔121'之第三孔徑大於第四通孔122'之第四孔徑，當第三通孔121'疊置於第四通孔122'之上時第三側壁1211'之底部與第四 側壁1221'之頂端之間，則會形成一第二支撐部125'。
第七通孔126'位於第五通孔124'及第六通孔114'下方。第七側壁1261'圍繞第七通孔126'以界定一第七孔徑。第七孔徑之尺寸大於第五孔徑與第六孔徑之尺寸的和。
圖6A至圖6E為根據本揭露另一實施例之光學模組之製造方法示意圖。
參考圖6A，可使用但不限於導電或不導電的黏膠將光學感測器7固定在基板5'的上表面，並將發光元件6固定在光學感測器7上表面。可使用接合導線51將光學感測器7電連接到位於基板5'的上表面的接合導線焊墊(圖未示)。可使用接合導線51將發光元件6電連接到位於光學感測器7上表面的接合導線焊墊(圖未示)。
在本揭露的另一實施例中(圖未示)，發光元件6和光學感測器7可為覆晶型晶粒(flip-chip die)，因此可使用例如焊錫而不需要導線51即可固定發光元件6和光學感測器7。
在本實施例之製造方法中，可利用發光元件6或光學感測器7表面之焊墊、線路圖案(例如線路交叉成直角或十字處)或其他基準標記(fiducial mark)，配合基板5'上表面可包含供定位的基準標記(圖未示)，並採用包含有CCD鏡頭的光學辨識定位系統，作進一步的光學辨識對準定位動作，以相對精準地將發光元件6和光學感測器7固定在預定位置上。
參考圖6B，可將蓋體1'固定於基板5'的預定位置上，使得蓋體1'可同時包圍發光元件6及光學感測器7。基板5'上表面可包含供定位的基準標記(圖未示)。蓋體1'可具有四邊凸出之定位設計(圖未示)，以減少將蓋體1'黏貼到基板5'時因黏膠的流動性或黏膠烘烤固化的製程中發生偏移。可利用取放機台(pick and place machine)分別地逐一將各個蓋體1'定位於基板5'上。在本揭露的另一實施例中，可將整片具 有多個蓋體1'之蓋體陣列，輔以適合之定位孔(機械或光學上的)或定位治具而將該等蓋體1'定位於基板5'上。
可利用發光元件6及光學感測器7表面之焊墊、線路圖案(例如線路交叉成直角或十字處)、其他基準標記(fiducial mark)或基板5'上可供定位的基準標記(圖未示)，配合蓋體1'之光學可辨識之定位標記圖案，例如第二側壁1121'的內壁1121s'之邊緣以及第四側壁1221'的內壁1221s'之邊緣，而作進一步的光學辨識對準定位動作，以相對地減少將蓋體1'固定於基板5'上之誤差。
在蓋體1'被固定於基板5'上後，發光元件6係位於蓋體1'之第一容置空間11'之第二通孔112'中，而光學模組7係位於該第七通孔126'之第五通孔124中。
參考圖6C，圖6C係顯示一透鏡陣列。透鏡陣列可包含但不限於覆數個透鏡31(33)以及連接部34。透鏡31(33)具有特殊之模具成形結構，例如透鏡部311(331)為球面形狀而與採用模具成形透鏡之製程而形成的流道、即透鏡底部313(333)，之鄰接部312(332)在剖面上所呈現階梯狀的構造，其從透鏡部上方觀之將呈現高亮度的光環、光環的圓周中心即為透鏡31(33)之幾何中心線，可在隨後將透鏡31(33)固定到蓋體1'時做為光學辨識可對準之標記。
參考圖6D，圖6D顯示可移除連接部34，例如以切割方式移除連接部34，以將透鏡陣列切割成彼此分離之單一第一透鏡31或第二透鏡33。
參考圖6E，圖6E顯示將第一透鏡31及第二透鏡33分別固定於蓋體1'之第一支撐部115'及第二支撐部125'上。可利用光學定位系統以根據透鏡31(33)之光學可對準之標記，例如以透鏡部311(331)之鄰接部312(332)做為光學可對準之標記，利用取放機台來辨識而抓取透鏡31(33)，以進行將第一透鏡31及第二透鏡33分別放置於蓋體1'之第一 支撐部115'及第二支撐部125'上的步驟。
在本實施例之一製造方法中，並非使用例如第二側壁1121'的內壁1121s'之邊緣以及第四側壁1221'的內壁1221s'之邊緣做為放置透鏡31(33)所參考之光學辨識定位的對準標記，而是利用發光元件6或光學感測器7表面之焊墊、線路圖案(例如線路交叉成直角或十字處)或其他基準標記(fiducial mark)做為放置透鏡31(33)所參考之光學辨識定位的對準標記。此乃由於發光元件6或光學感測器7通常係經由半導體微影等圖案化製程形成，故其表面之焊墊、線路圖案或其他基準標記圖案，相較蓋體1上由機械加工製程所形成之可辨識外形圖案在位置及尺寸的精確度為高，因此在發光元件6或光學感測器7於基板5'上固定後，在放置透鏡31(33)時即可利用發光元件6及光學感測器7表面之焊墊、線路(例如線路交叉成直角或十字處)或其他基準標記來進行較輕確的定位，以免影響光學模組100'的發光或感測效率。
第一容置空間11'之第一通孔111'之第一孔徑之尺寸大於第一透鏡31之透鏡底部313之尺寸，而使得第一透鏡31與第一側壁1111'之間存有第一間隙(圖未標號)。因第二容置空間12'之第三通孔121'之第三孔徑之尺寸大於第二透鏡33之透鏡底部333之尺寸，而使得第二透鏡33與第三側壁1211'之間存有第二間隙(圖未標號)。在上述固定步驟中，第一透鏡31和第二透鏡33可在容置空間移動以進行及完成定位對準。
可利用UV膠、黏貼薄膜或是高黏滯性的黏貼膠將該第一與第二透鏡31、33與蓋體1貼合，以避免於膠材硬化烘烤時，膠材之流動性會造成第一與第二透鏡31、33產生偏移，以減少對準定位上之誤差。
圖7為根據本揭露一實施例之包含圖1或4的光學模組100、100'之電子裝置示意圖。參考圖7，電子裝置9例如是但不限於智慧手機、平板電腦等行動電子裝置或產品。電子裝置9可包含但不限於圖1或4所示的光學模組100、100'因而具有較習知產品為佳的光學感測效能。
惟上述實施例僅為說明本揭露之原理及其功效，而非用以限制本揭露。因此，習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本揭露之精神。本揭露之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

Claims (25)

  1. 一種光學模組，包括：一載體；一發光元件，該發光元件位在該載體上；一光學感測器，該光學感測器位在該載體上，一蓋體，該蓋體位在該載體上，該蓋體包括：一第一容置空間，該第一容置空間至少包括一第一通孔及一位於該第一通孔下方的第二通孔，該第一通孔具有一第一孔徑，該第二通孔具有一第二孔徑；一第一側壁，該第一側壁圍繞該第一通孔；一第二側壁，該第二側壁圍繞該第二通孔；一第一支撐部，該第一支撐部連接該第一側壁底端和該第二側壁頂端；一第二容置空間，該第二容置空間至少包括一第三通孔及一位於該第三通孔下方的第四通孔，該第三通孔具有一第三孔徑，該第四通孔具有一第四孔徑；一第三側壁，該第三側壁圍繞該第三通孔；一第四側壁，該第四側壁圍繞該第四通孔；一第二支撐部，該第二支撐部連接該第三側壁底端和該第四側壁頂端；以及一第五側壁，該第五側壁位於該第四側壁下方且圍繞一第五通孔，該第五通孔具有一第五孔徑，該第五孔徑大於該第四孔徑；一第一透鏡，該第一透鏡係位於該第一通孔內且由該第一支撐部所支撐；以及一第二透鏡，該第二透鏡位於該第三通孔內且由該第二支撐部所支撐；其中該蓋體包圍該發光元件及該光學感測器，且該發光元件位於該第一容置空間中，該光學感測器位於該第二容置空間中。
  2. 如請求項第1項之光學模組，其中該第一透鏡具有一底部，且其中該第一容置空間之第一通孔之該第一孔徑之尺寸係大於該第一透鏡之該底部之尺寸。
  3. 如請求項1之光學模組，其中，該第一孔徑大於該第二孔徑。
  4. 如請求項1之光學模組，其中該第二透鏡具有一底部，且其中該第二容置空間之第三通孔之該第三孔徑之尺寸大於該第二透鏡之該底部之尺寸。
  5. 如請求項1之光學模組，其中，該第三孔徑大於該第四孔徑。
  6. 如請求項第4項之光學模組，其中該第二透鏡件具有一透鏡部，且其中該第二容置空間之該第四通孔之該第四孔徑之尺寸大於該第二透鏡件之透鏡部之尺寸。
  7. 如請求項1之光學模組，其中該蓋體進一步包括一第六側壁，該第六側壁位於該第二側壁下方且圍繞一第六通孔，該第六通孔具有一第六孔徑，該第六孔徑大於該第二孔徑。
  8. 如請求項7之光學模組，其中該蓋體進一步包含一第七側壁，該第七側壁位於該第五側壁及第六側壁下方且圍繞一第七通孔，該第七通孔具有一第七孔徑，該第七孔徑大於該第五孔徑與該第六孔徑的和。
  9. 如請求項8之光學模組，其中該發光元件及該光學感測器可以上下疊置之方式設置於該第七通孔中，且其中該發光元件係該對準第一容置空間，而該光學感測器之一感測部係對準該第二容置空間。
  10. 如請求項第1項之光學模組，其中該蓋體進一步包含一第一通氣孔，該第一通氣孔連通該第二通孔。
  11. 如請求項第1項之光學模組，其中該蓋體進一步包含一第二通氣孔，該第二通氣孔連通該第四通孔。
  12. 如請求項第1項之光學模組，其中該蓋體進一步包含一第二通氣孔，該第二通氣孔連通該第五通孔。
  13. 如請求項第7項之光學模組，其中該蓋體進一步包含一第一通氣孔，該第一通氣孔連通該第六通孔。
  14. 如請求項第8項之光學模組，其中該蓋體進一步包含一第一通氣孔，該第一通氣孔連通該第七通孔。
  15. 一種光學模組之製造方法，包含(a)提供一基板；(b)將一發光元件及一光學感測器固定在該基板；(c)將一蓋體設置於該基板上，其中該蓋體包括：一第一容置空間，該第一容置空間至少包括一第一通孔及一位於該第一通孔下方的第二通孔，該第一通孔具有一第一孔徑，該第二通孔具有一第二孔徑，該第一孔徑大於該第二孔徑；一第一側壁，該第一側壁圍繞該第一通孔；一第二側壁，該第二側壁圍繞該第二通孔；一第一支撐部，該第一支撐部連接該第一側壁底端和該第二側壁頂端；一第二容置空間，該第二容置空間至少包括一第三通孔及一位於該第三通孔下方的第四通孔，該第三通孔具有一第三孔徑，該第四通孔具有一第四孔徑，該第三孔徑大於該第四孔徑；一第三側壁，該第三側壁圍繞該第三通孔；一第四側壁，該第四側壁圍繞該第四通孔；一第二支撐部，該第二支撐部連接該第三側壁底端和該第四側壁頂端；以及一第五側壁，該第五側壁位於該第四側壁下方且圍繞一第五通孔，該第五通孔具有一第五孔徑，該第五孔徑大於該第四孔徑；其中該蓋體包圍該發光元件及該光學感測器，且該發光元件位於該第一容置空間中，該光學感測器位於該第二容置空間中；以及(d)將一第一透鏡及一第二透鏡分別定位於該第一通孔及第三通孔中，並分別由該第一支撐部及該第二支撐部所支撐。
  16. 如請求項第15項之製造方法，其中該第一透鏡具有一底部，且其中該第一容置空間之第一通孔之該第一孔徑之尺寸大於該第一透鏡之底部之尺寸。
  17. 如請求項第15項之製造方法，其中該第一透鏡件具有一透鏡部，且其中該第一容置空間之該第二通孔之該第二孔徑之尺寸大於該第一透鏡件之透鏡部之尺寸。
  18. 如請求項第15項之製造方法，其中該第二透鏡具有一底部，且其中該第二容置空間之第三通孔之該第三孔徑之尺寸大於該第二透鏡之該底部之尺寸。
  19. 如請求項第15項之製造方法，其中該第二透鏡件具有一透鏡部，且其中該第二容置空間之該第四通孔之該第四孔徑之尺寸大於該第二透鏡件之透鏡部之尺寸。
  20. 一種電子裝置，其包括：一光學模組，其包括：一載體；一發光元件，該發光元件位在該載體上；一光學感測器，該光學感測器位在該載體上，一蓋體，該蓋體位在該載體上，該蓋體包括：一第一容置空間，該第一容置空間至少包括一第一通孔及一位於該第一通孔下方的第二通孔，該第一通孔具有一第一孔徑，該第二通孔具有一第二孔徑；一第一側壁，該第一側壁圍繞該第一通孔；一第二側壁，該第二側壁圍繞該第二通孔；一第一支撐部，該第一支撐部連接該第一側壁底端和該第二側壁頂端；一第二容置空間，該第二容置空間至少包括一第三通孔及一位於該第三通孔下方的第四通孔，該第三通孔具有一第三孔徑，該第四通孔具有一第四孔徑；一第三側壁，該第三側壁圍繞該第三通孔；一第四側壁，該第四側壁圍繞該第四通孔；一第二支撐部，該第二支撐部連接該第三側壁底端和該第四側壁頂端；以及一第五側壁，該第五側壁位於該第四側壁下方且圍繞一第五通孔，該第五通孔具有一第五孔徑，該第五孔徑大於該第四孔徑；一第一透鏡，該第一透鏡係位於該第一通孔內且由該第一支撐部所支撐；以及一第二透鏡，該第二透鏡位於該第三通孔內且由該第二支撐部所支撐；其中該蓋體包圍該發光元件及該光學感測器，且該發光元件位於該第一容置空間中，該光學感測器位於該第二容置空間中。
  21. 如請求項第20項之電子裝置，其中該第一透鏡具有一底部，且其中該第一容置空間之第一通孔之該第一孔徑之尺寸係大於該第一透鏡之該底部之尺寸。
  22. 如請求項20之電子裝置，其中該第一孔徑大於該第二孔徑。
  23. 如請求項第20項之電子裝置，其中該第二透鏡具有一底部，且其中該第二容置空間之第三通孔之該第三孔徑之尺寸大於該第二透鏡之該底部之尺寸。
  24. 如請求項20之電子裝置，其中該第三孔徑大於該第四孔徑。
  25. 如請求項第23項之電子裝置，其中該第二透鏡件具有一透鏡部，且其中該第二容置空間之該第四通孔之該第四孔徑之尺寸大於該第二透鏡件之透鏡部之尺寸。
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