TWI710074B - 光學感測晶片封裝結構 - Google Patents

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Abstract

一種光學感測晶片封裝結構，包括基板、光感測元件、發光元件、透明膠層及透明蓋板。光感測元件設置於基板上。發光元件設置於光感測元件上，發光元件具有出光面。透明膠層設置於發光元件上，且接觸及覆蓋出光面。透明蓋板設置於透明膠層上。

Description

光學感測晶片封裝結構
本發明係與晶片封裝結構有關；特別是指一種光學感測晶片封裝結構。
圖１為習知的光學感測晶片封裝結構100的結構示意圖，其係由基板120、光感測元件140及發光元件160所組成，其中發光元件160係與基板120及光感測元件140分離。光感測元件140係設置於基板120。發光元件160係用以對一目標物O發射光線，而目標物O會反射光線至光感測元件140；藉由此光學感測晶片封裝結構100，可感測目標物O是否在光學感測晶片封裝結構100的前方；或者，光學感測晶片封裝結構100可用來偵測目標物O相對光學感測晶片封裝結構100的移動。藉此，光學感測晶片封裝結構100可以應用在光學尺以及伺服馬達等的用途。然而，光學感測晶片封裝結構100的光感測元件140是直接暴露於外，因此，很容易沾到灰塵或髒汙，導致光感測元件140的感測結果失準。
為解決上述問題，亦有如圖２所示的另一種習知的光學感測晶片封裝結構200的結構示意圖，其係由基板220、光感測元件240、發光元件260及透明蓋板280所組成。光感測元件240係設置於基板220上；發光元件260係設置於光感測元件240上；透明蓋板280係設置於發光元件260上，用於保護發光元件260及光感測元件240。不同於光學感測晶片封裝結構100，習知的光學感測晶片封裝結構200係將基板220、光感測元件240、發光元件260及透明蓋板280整合在一起，藉以縮小光學感測晶片封裝結構200的體積以及改善光學感測路徑，同時避免灰塵或髒汙污染光感測元件240、發光元件260。
然而，透明蓋板280與發光元件260之間具有空氣之間隙270，當發光元件260往外發射光線L時，光線L會在間隙270與透明蓋板280的介面處產生顯著的折射與反射，造成光能量的損失，而反射的光R則會射入光感測元件240，造成明顯的雜訊，進而影響習知光學感測晶片封裝結構200的解析度及精準度。
綜上可知，習知光學感測裝置所存在的問題仍有待克服。
有鑑於此，本發明之目的在於提供一種光學感測晶片封裝結構，其具有透明膠層設置於發光元件及透明蓋板之間，且透明膠層係接觸發光元件，可減少光能量損失，並避免灰塵汙染光感測元件及發光元件。
緣以達成上述目的，本發明提供的一種光學感測晶片封裝結構包括有基板、光感測元件、發光元件、透明膠層及透明蓋板。光感測元件設置於基板上，且與該基板電性連接。發光元件設置於光感測元件上，且與該基板或該光感測元件電性連接，發光元件具有出光面。透明膠層設置於發光元件上，且接觸及覆蓋出光面。透明蓋板設置於透明膠層上，且透明蓋板係與透明膠層接觸。
本發明之另一目的提供的一種光學感測晶片封裝結構包括有基板、光感測元件、發光元件、透明聚焦鏡片及透明蓋板。光感測元件設置於基板上，且與該基板電性連接。發光元件設置於光感測元件上，且與該基板或該光感測元件電性連接，發光元件具有出光面。透明聚焦鏡片設置於發光元件上，且接觸及覆蓋出光面。透明蓋板設置於透明聚焦鏡片上。
本發明之效果在於，透明膠層與發光元件的出光面接觸，且與透明蓋板接觸，出光面發出的光線是經由透明膠層及透明蓋板透出，且透明膠層與透明蓋板之間沒有空氣間隙，藉此且可減少透明蓋板對光線的反射率，及折射形成的光能量損失。此外，透明蓋板亦可避免灰塵汙染光感測元件及發光元件。另一方面，藉由透明聚焦鏡片設置於發光元件上，且接觸及覆蓋出光面，以避免空氣中的灰塵或髒汙遮擋發光元件的出光面。透明聚焦鏡片係用以將由發光元件所發出之發散光線轉變為平行光束，進而達到減少光雜訊以及減少光能量損失的效果。
為能更清楚地說明本發明，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明如後。請參圖３所示，為本發明第一較佳實施例之光學感測晶片封裝結構300a，其包括有基板520、光感測元件340、發光元件360、透明膠層370及透明蓋板380。在本實施例中，基板520例如可為一電路基板；光感測元件340設置於基板520上，且與基板520電性連接。
發光元件360設置於光感測元件340上，且與基板520或光感測元件340電性連接。在本發明實施例中，發光元件360具有出光面362，且光感測元件340係用以感測由發光元件360所發出之光線。在本實施例的一用途中，光學感測晶片封裝結構300a可用以感測一目標物是否位於與光學感測晶片封裝結構300a前方，或光學感測晶片封裝結構300a可用來偵測一目標物是否相對於光學感測晶片封裝結構300a產生移動，可做為光學尺以及伺服馬達等其他用途。在本發明實施例中，發光元件360為一點光源，例如可為一發光二極體或一雷射光源，但不以此為限制。在本發明實施例中，發光元件360的出光角度θ係小於或等於150度。此外，在本發明實施例中，發光元件360的出光面362係與光感測元件340的光感測面342大致同向，用以使由發光元件360的出光面362發射的光線遇到目標物反射時，入射光與反射光能有較小的角度，以得到較精確的測量值。
透明膠層370係設置於發光元件360上，且接觸及覆蓋出光面362，藉以避免空氣中的灰塵或髒汙遮擋發光元件360的出光面362。在本發明實施例中，透明膠層370的材料包括矽膠、壓克力膠或其組合，但不以此為限制。
在本發明第一實施例中，如圖３所示，光學感測晶片封裝結構300a的基板520包括底板522及擋牆530。底板522與擋牆530構成容置空間530a，且擋牆530頂部包括接點532a與接點532b。光感測元件340、發光元件360及透明膠層370係位於容置空間530a內，且利用透明蓋板380封蓋於基板520上。其中，發光元件360連接有一導線540，導線540的一端連接於發光元件360，其另一端連接於接點532a，使發光元件360與基板520電性連接。另外，光感測元件340連接有一導線541，導線541的一端連接於光感測元件340，其另一端連接於接點532b，使光感測元件340與基板520電性連接。在本發明第一實施例中，導線540的一部分係由透明膠層370所包覆。
透明蓋板380為一透明板體設置於透明膠層370上，且透明板體可與透明膠層370直接或間接接觸，於本實施例中二者為直接接觸。
在本發明一實施例中，透明膠層370的折射率與透明蓋板380的折射率的差值小於0.5；例如當透明膠層370的材料為矽膠或壓克力膠時，透明膠層370的折射率約為1.4，而當透明蓋板380的材料為玻璃時，透明蓋板380的折射率約為1.5。在本發明的一較佳實施例中，透明膠層370的折射率與透明蓋板380的折射率大致相同；例如當透明膠層370與透明蓋板380的材料分別為矽膠或壓克力時，透明膠層370與透明蓋板380的折射率皆約為1.4。除此之外，由於透明膠層370的折射率與透明蓋板380的折射率的差值小於0.5或二者大致相同，因此當透明膠層370與透明蓋板380直接接觸時，透明膠層370與透明蓋板380之介面的反射率係小於4%，較佳為小於2%。相較於如圖２所示的習知光學感測晶片封裝結構200之反射率約為8%，本發明實施例所提供的光學感測晶片封裝結構300a藉由與透明蓋板380直接或間接接觸的透明膠層370，可具有較小的反射率，且光線路徑不會因折射率的差值過大而改變，以改善習知光學感測晶片封裝結構200的雜訊問題，進而提供較佳的解析度及精準度。該透明膠層370內部無氣泡存在，藉以避免光線在透明膠層370內部產生折射。
本發明第一至第五實施例的透明膠層370可以分別呈現如圖４ａ、圖４ｂ及圖４ｃ不同形狀。在圖４ａ中，透明膠層370a上下緣的寬度為W，而其中段的寬度為W1，其中W大於W1。在圖４ｂ中，透明膠層370b上下緣的寬度為W，而其中段的寬度為W2，其中W等於W2。在圖４ｃ中，透明膠層370c上下緣的寬度為W，而其中段的寬度為W3，其中W小於W3。值得一提的是，相較於透明膠層370b及透明膠層370c，透明膠層370a與發光元件360及透明蓋板380的連接強度最強且不會影響光感測元件340的光感測效果。較佳者，透明膠層370a、370b、370c以只位於出發光元件360的正投影範圍內，不超出發光元件360的正投影範圍，以避免遮擋到感測元件340的光感測面342。
請參圖５，本發明第二實施例光學感測晶片封裝結構300b更包括透明蓋板380包括一第一抗反射層420，鍍於透明蓋板380之透明板體382的下表面，使第一抗反射層420面對該透明膠層370，且透明膠層370係與第一抗反射層420直接接觸，亦即，透明膠層370透過第一抗反射層420與透明板體382間接接觸。
在本發明第二實施例中，如圖５所示，光學感測晶片封裝結構300b的基板520包括底板522及擋牆530。底板522與擋牆530構成容置空間530a，且擋牆530頂部包括接點532b。光感測元件340、發光元件360及透明膠層370係位於容置空間530a內，且利用透明蓋板380封蓋於基板520上。其中，發光元件360連接有一導線540，導線540的一端連接於發光元件360，其另一端連接於接點532a，而接點532a係位於光感測元件340上，使發光元件360與光感測元件340電性連接。另外，光感測元件340連接有一導線541，導線541的一端連接於光感測元件340上的接點532c，其另一端連接於位於擋牆530頂部的接點532b，使光感測元件340與基板520電性連接。在本發明第二實施例中，導線540的一部分係由透明膠層370所包覆。
請參圖６，本發明第三實施例光學感測晶片封裝結構300c的透明蓋板380包括第二抗反射層440，第二抗反射層440鍍於透明蓋板380之透明板體382的上表面，使第二抗反射層440背對透明膠層370。在實務上，透明板體382的下表面及上表面可分別鍍上第一抗反射層420及第二抗反射層440。藉由第一抗反射層420及第二抗反射層440的設置，可進一步降低光學感測晶片封裝結構300c的透明蓋板380的反射率，以提供更佳的解析度及精準度。
請參考圖７，在本發明第四實施例中，光學感測晶片封裝結構300d的基板520包括底板522及擋牆530。底板522與擋牆530構成容置空間530a，光感測元件340、發光元件360及透明膠層370係位於容置空間530a內，且利用透明蓋板380封蓋於基板520的擋牆530上。底板522包括接點524a及524b。其中，光感測元件340連接有導線541，導線541的一端連接於光感測元件340，其另一端連接於接點524b，使光感測元件340與基板520電性連接；發光元件360連接有導線540，導線540的一端連接於發光元件360，另一端連接於接點524a，使發光元件360與基板520電性連接。
在本發明第五實施例中，如圖８所示，光學感測晶片封裝結構300e的基板520包括底板522及擋牆530。底板522與擋牆530構成容置空間530a，光感測元件340、發光元件360及透明膠層370係位於容置空間530a內，且利用透明蓋板380封蓋於基板520的擋牆530上。底板522包括接點524a，其中發光元件360連接有導線540，導線540的一端連接於發光元件360，另一端連接於接點524a，使發光元件360與基板520電性連接。在本發明第五實施例中，光感測元件340係以覆晶的方式與基板520電性連接，故無需額外連接導線。
在本發明第六實施例中，如圖９所示，光學感測晶片封裝結構600，其包括有基板520、光感測元件340、發光元件360、透明聚焦鏡片670及透明蓋板380。在本實施例中，基板520例如可為一電路基板；光感測元件340設置於基板520上，且與基板520電性連接。
發光元件360設置於光感測元件340上。在本發明實施例中，發光元件360具有出光面362，且光感測元件340係用以感測由發光元件360所發出之光線。
透明聚焦鏡片670係設置於發光元件360上，且接觸及覆蓋出光面362，藉以避免空氣中的灰塵或髒汙遮擋發光元件360的出光面362。在本發明實施例中，在本發明實施例中，發光元件360具有出光角度θ，其係小於或等於150度；而透明聚焦鏡片670係用以將由發光元件360所發出之發散光線轉變為平行光束，進而達到減少光雜訊以及減少光能量損失的效果。
在本發明第六實施例中，如圖９所示，光學感測晶片封裝結構600的基板520包括底板522及擋牆530。底板522與擋牆530構成容置空間530a，且底板522包括接點524a與接點524b。光感測元件340、發光元件360及透明聚焦鏡片670係位於容置空間530a內，且利用透明蓋板380封蓋於基板520上。在本發明第六實施例中，透明板體可與透明聚焦鏡片670接觸或不接觸。其中，發光元件360連接有一導線540，導線540的一端連接於發光元件360，其另一端連接於接點524a，使發光元件360與基板520電性連接。另外，光感測元件340連接有一導線541，導線541的一端連接於光感測元件340，其另一端連接於接點524b，使光感測元件340與基板520電性連接。
本發明之效果在於，透明膠層與發光元件的出光面接觸，且與透明蓋板接觸，出光面發出的光線是經由透明膠層及透明蓋板透出，且透明膠層與透明蓋板之間沒有空氣間隙，藉此且可減少透明蓋板對光線的反射率，及折射形成的光能量損失。此外，透明蓋板亦可避免灰塵汙染光感測元件及發光元件。另一方面，藉由透明聚焦鏡片設置於發光元件上，且接觸及覆蓋出光面，以避免空氣中的灰塵或髒汙遮擋發光元件的出光面。透明聚焦鏡片係用以將由發光元件所發出之發散光線轉變為平行光束，進而達到減少光雜訊以及減少光能量損失的效果。
以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
［先前技術］ 100、200:光學感測晶片封裝結構 120、220:基板 140、240:光感測元件 160、260:發光元件 270:間隙 280:透明蓋板 L:光線 O:目標物 R:反射光 ［本發明］ 300a、300b、300c、300d、300e、600:光學感測晶片封裝結構 340:光感測元件 342:光感測面 360:發光元件 362:出光面 370、370a、370b、370c:透明膠層 380:透明蓋板 382:透明板體 420:第一抗反射層 440:第二抗反射層 520:基板 522:底板 530:擋牆 530a:容置空間 540、541:導線 524a、524b、532a、532b、532c:接點 670:透明聚焦鏡片 W、W1、W2、W3:寬度 θ:出光角度
圖１為習知的光學感測晶片封裝結構的結構圖； 圖２為另一習知的光學感測晶片封裝結構的結構圖； 圖３為本發明第一實施例之光學感測晶片封裝結構的結構圖； 圖４ａ為本發明第一實施例之透明膠層的形狀示意圖； 圖４ｂ為本發明第一實施例的另一種透明膠層的形狀示意圖； 圖４ｃ為本發明第一實施例的又一種透明膠層的形狀示意圖； 圖５為本發明第二實施例之光學感測晶片封裝結構的結構圖； 圖６為本發明第三實施例之光學感測晶片封裝結構的結構圖； 圖７為本發明第四實施例之光學感測晶片封裝結構的結構圖； 圖８為本發明第五實施例之光學感測晶片封裝結構的結構圖； 圖９為本發明第六實施例之光學感測晶片封裝結構的結構圖。
300a:光學感測晶片封裝結構
340:光感測元件
342:光感測面
360:發光元件
362:出光面
370:透明膠層
380:透明蓋板
520:基板
522:底板
530:擋牆
530a:容置空間
540、541:導線
532a、532b:接點

Claims (14)

  1. 一種光學感測晶片封裝結構，包括：一基板；一光感測元件，設置於該基板上，且與該基板電性連接；一發光元件，設置於該光感測元件上，且與該基板或該光感測元件電性連接，該發光元件具有一出光面；一透明膠層，設置於該發光元件上，且接觸及覆蓋該出光面；以及一透明蓋板，設置於該透明膠層上，且該透明蓋板係與該透明膠層接觸，其中該透明膠層與該透明蓋板之介面的反射率小於4%，且該透明膠層的折射率與該透明蓋板的折射率的差值小於0.5。
  2. 如請求項1所述之光學感測晶片封裝結構，其中該透明蓋板係與該透明膠層彼此直接接觸。
  3. 如請求項1所述之光學感測晶片封裝結構，其中該透明蓋板更包括一第一抗反射層，面對該透明膠層，且該透明膠層係與該第一抗反射層接觸。
  4. 如請求項2或3所述之光學感測晶片封裝結構，其中該透明膠層的折射率與該透明蓋板的折射率大致相同。
  5. 如請求項1所述之光學感測晶片封裝結構，其中該透明膠層的材料包括矽膠、壓克力膠或其組合。
  6. 如請求項1所述之光學感測晶片封裝結構，其中該透明蓋板更包括一第二抗反射層，背對該透明膠層。
  7. 如請求項1所述之光學感測晶片封裝結構，其中該發光元件為一點光源，該點光源的出光角度係小於或等於150度。
  8. 如請求項1所述之光學感測晶片封裝結構，其中該發光元件連接一導線，該導線的一端連接於該光感測元件，使該發光元件與該光感測元件電性連接。
  9. 如請求項1所述之光學感測晶片封裝結構，其中該發光元件連接一導線，該導線一端連接於該基板，使該發光元件與該基板電性連接。
  10. 如請求項8或9所述之光學感測晶片封裝結構，其中該導線的一部分係由該透明膠層所包覆。
  11. 如請求項1所述之光學感測晶片封裝結構，其中該透明膠層內部無氣泡存在。
  12. 如請求項1所述之光學感測晶片封裝結構，其中該透明膠層不接觸該光感測元件及該基板。
  13. 如請求項1所述之光學感測晶片封裝結構，其中該透明膠層只位於該發光元件的正投影範圍內。
  14. 一種光學感測晶片封裝結構，包括：一基板；一光感測元件，設置於該基板上，且與該基板電性連接；一發光元件，設置於該光感測元件上，且與該基板或該光感測元件電性連接，該發光元件具有一出光面；一透明聚焦鏡片，設置於該發光元件上，且接觸及覆蓋該出光面；以及一透明蓋板，設置於該透明聚焦鏡片上，其中該透明聚焦鏡片與該透明蓋板之介面的反射率小於4%，且該透明聚焦鏡片的折射率與該透明蓋板的折射率的差值小於0.5。
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