TWM566813U - Handheld electronic device and integrated sensing package structure thereof - Google Patents

Abstract

本創作公開一種手持式電子裝置及其整合式感測封裝結構。整合式感測封裝結構包括一基板、一發光元件、一光學感測元件以及一封裝體，發光元件、光學感測元件與封裝體都設置於基板上，其中發光元件能以一預定發光角度發出一光訊號，預定發光角度介於7度至40度之間，光學感測元件具有一用以接收光訊號的光感測區域，封裝體覆蓋發光元件與光學感測元件。藉此，可以提升產品良率與滿足小型化的設計要求。

Description

手持式電子裝置及其整合式感測封裝結構

本創作涉及一種電子裝置及其光學感測模組，特別是涉及一種手持式電子裝置及其整合式感測封裝結構。

隨著手持式電子裝置的發展，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，其允許使用者通過手指或觸控筆在螢幕上移動游標、進行選擇或執行其他動作。為了方便觸控螢幕的使用，在手持式電子裝置(如：智慧型手機、平板電腦等)中常會將環境光感測器(ambient light sensor，ALS)和接近感測器(proximity sensor，PS)與觸控螢幕搭配使用。其中，環境光感測器用於根據周圍環境光強度的變化自動調整螢幕的亮度，以延長電池使用時間。接近感測器用於偵測物體的接近程度，並據以控制螢幕觸控功能的開關。以智慧型手機為例，接近感測器能偵測使用者的臉部與螢幕之間的距離，當使用者的臉部靠近螢幕時，螢幕的觸控功能會自動關閉，以避免使用者的臉部在通話過程中誤觸螢幕，而造成通話中斷。

請參閱圖1所示，一種常見應用在手持式電子裝置的光學感測模組1，其包括基板11、發光晶片12、光學感測晶片13、封裝膠體14以及金屬或不透光塑料框罩15。發光晶片12與光學感測晶片13設置於基板11上，其中光學感測晶片13具有接近感測單元與環境光感測單元，封裝膠體14分別密封包覆發光晶片12與光學感測晶片13，框罩15罩覆住封裝膠體14，僅允許發光晶片 12所產生的光線沿豎直方向向外投射或向內入射，框罩15並將發光晶片12與光學感測晶片13隔開，以避免橫向傳遞的光線造成訊號串擾(crosstalk)。然而，上述利用金屬或不透光塑料框罩15將發光晶片12與光學感測晶片13隔開的方式，需要一道額外的框罩15貼合工序。如此，不僅增加了製造時間與困難度，而且框罩15所佔的空間不利產品小型化。此外，在小型化的發展趨勢下，框罩15的公差與位置偏移都會嚴重影響到產品良率。

請參閱圖2所示，另一種常見應用在手持式電子裝置的光學感測模組2，其包括基板21、發光晶片22、光學感測晶片23、由第一次壓模封裝形成的透光膠體24以及由第二次壓模封裝形成的不透光膠體25。發光晶片22與光學感測晶片23設置於基板21上，其中光學感測晶片23具有接近感測單元與環境光感測單元，透光膠體24(如：透明膠體)分別密封包覆發光晶片22與光學感測晶片23，不透光膠體25(如：黑色膠體)罩住透光膠體24，僅允許發光晶片22所產生的光線沿豎直方向向外投射或向內入射，不透光膠體25並將發光晶片22與光學感測晶片23隔開，以避免橫向傳遞的光線造成訊號串擾(crosstalk)。類似地，上述利用不透光膠體25將發光晶片22與光學感測晶片23隔開的方式，存在製造時間與困難度增加、不利產品小型化、壓模過程中可能發生對位偏移、透光與不透光膠體之間可能發生分層等缺陷。

本創作所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種整合式感測封裝結構，其中發光單元與感光單元之間不需要任何的阻光結構。本創作另外提供一種使用此整合式感測封結構體的手持式電子裝置。

為了解決上述的技術問題，本創作所採用的其中一技術方案是：一種整合式感測封裝結構，其包括一基板、一發光元件、一 光學感測元件以及一封裝體。所述發光元件設置於所述基板上，且能以一預定發光角度發出一光訊號，所述預定發光角度介於7度至40度之間。所述光學感測元件設置於所述基板上，且具有一用以接收所述光訊號的光感測區域。所述封裝體設置於所述基板上，且包括一覆蓋所述發光元件的第一封裝層、一覆蓋所述光學感測元件的第二封裝層以及一位於所述第一封裝層與所述第二封裝層之間的空氣介質層。其中，所述空氣介質層與所述第一封裝層和所述第二封裝層之間具有一預定折射率差值，用以防止所述光訊號從所述光感測區域以外的區域入射至所述光學感測元件。

為了解決上述的技術問題，本創作所採用的另外一技術方案是：一種整合式感測封裝結構，其包括一基板、一發光元件、一光學感測元件以及一封裝體。所述發光元件設置於所述基板上，且能以一預定發光角度發出一光訊號，所述預定發光角度介於7度至40度之間。所述光學感測元件設置於所述基板上，且具有一用以接收所述光訊號的光感測區域；所述封裝體設置於所述基板上，且覆蓋所述發光元件與所述光學感測元件。

為了解決上述的技術問題，本創作所採用的另外再一技術方案是：一種手持式電子裝置，其特徵在於，所述手持式電子裝置使用上述的整合式感測封裝結構。

本創作的其中一有益效果在於，本創作所提供的手持式電子裝置及其整合式感測封裝結構，其能通過“發光元件能以一預定發光角度發出光訊號，預定發光角度介於7度至40度之間”及/或“封裝體包括一覆蓋發光元件的第一封裝層、一覆蓋光學感測元件的第二封裝層以及一位於第一封裝層與第二封裝層之間的空氣介質層，且空氣介質層與第一封裝層和第二封裝層之間具有一預定折射率差值”的技術方案，以防止發光元件與光學感測元件之間的訊號串擾，並可以提升產品良率與滿足小型化的設計要求。

為使能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下 有關本創作的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本創作加以限制。

(先前技術)

1、2‧‧‧光學感測模組

11、21‧‧‧基板

12、22‧‧‧發光晶片

13、23‧‧‧光學感測晶片

14‧‧‧封裝膠體

15‧‧‧框罩

24‧‧‧透光膠體

25‧‧‧不透光膠體

(實施方式)

3‧‧‧整合式感測封裝結構

31‧‧‧基板

311‧‧‧光發射區域

312‧‧‧光接收區域

32‧‧‧發光元件

33‧‧‧光學感測元件

330‧‧‧光感測區域

331‧‧‧上表面

332‧‧‧下表面

333‧‧‧側表面

334‧‧‧光屏蔽層

34‧‧‧封裝體

341‧‧‧第一封裝層

3411‧‧‧出光面

342‧‧‧第二封裝層

343‧‧‧空氣介質層

α‧‧‧預定發光角度

w‧‧‧預定寬度

d‧‧‧最短距離

L1‧‧‧第一光線

L2‧‧‧第二光線

L3‧‧‧環境光

D‧‧‧手持式電子裝置

T‧‧‧觸控螢幕

H‧‧‧開孔

Z‧‧‧物體

圖1為一種常見應用在手持式電子裝置的光學感測模組的結構示意圖。

圖2為另一種常見應用在手持式電子裝置的光學感測模組的結構示意圖。

圖3為本創作第一實施例的整合式感測封裝結構的立體示意圖。

圖4為本創作第一實施例的整合式感測封裝結構的側視剖面示意圖。

圖5為根據本創作第一實施例的整合式感測封裝結構的手持式電子裝置的結構示意圖。

圖6為本創作第一實施例的整合式感測封裝結構的使用狀態示意圖。

圖7為本創作第二實施例的整合式感測封裝結構的立體示意圖。

圖8為本創作第二實施例的整合式感測封裝結構的側視剖面示意圖。

圖9為本創作第三實施例的整合式感測封裝結構的側視剖面示意圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本創作所公開有關“手持式電子裝置及其整合式感測封裝結構”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本創作的優點與效果。本創作可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中 的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作的構思下進行各種修改與變更。另外，本創作的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本創作的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本創作的保護範圍。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[第一實施例]

請參閱圖3及圖4所示，圖3為立體示意圖，圖4為側視剖面示意圖。本創作第一實施例提供一種整合式感測封裝結構3，其包括：一基板31、一發光元件32、一光學感測元件33及一封裝體34。

基板31可為印刷電路板，基板31具有一光發射區域311及一位於光發射區域311一側的光接收區域312，其中光發射區域311用以設置發光元件32，光接收區域312用以設置光學感測元件33。具體來說，基板31具有發光元件32與光學感測元件33的電路，(如：兩個獨立的驅動控制電路)，發光元件32與光學感測元件33可通過固晶(die attachment)及打線(wire bond)的方式以分別固定在基板31的光發射區域311與光接收區域312內，並與基板31上的電路電性連接。在本實施例中，光發射區域311與光接收區域312為分開設置，也就是說，光發射區域311與光接收區域312之間的距離不為零，但不受限於此，例如，光發射區域311與光接收區域312也可為緊鄰設置。另外，根據實際製造需求，發光元件32與光學感測元件33可同步固定在基板31上，也可先 後固定在基板31上。

發光元件32用以發出光訊號(光線)，光訊號的形式可為連續式、間歇式或混合式(同時包含連續式和間歇式的光訊號)。在本實施例中，發光元件32具有一預定發光角度α，預定發光角度介於7度至40度之間，較佳介於15度至30度之間，光訊號可為紅外線或雷射的光訊號，光訊號的波長介於700奈米至1100奈米之間，但不受限於此。發光元件32的具體例包括：紅外線發光二極體(IR LED)、雷射二極體(LD)及垂直共振腔面射型雷射(vertical cavity surface emission laser，VCSEL)等。在其他實施例中，根據不同的應用，發光元件32所發出的光訊號也可為其他波長的光訊號。

光學感測元件33用以接收發光元件32所發出的光訊號，其中光學感測元件33具有一光感測區域330。在本實施例中，光學感測元件33為整合接近感測器(PS)與環境光感測器(ALS)功能的單晶片，但不受限於此。值得注意的是，由於發光元件32是以一預定發光角度α發出光訊號，可以防止或降低發光元件32與光學感測元件33之間的訊號串擾。

封裝體34用以密封保護發光元件32與光學感測元件33，具體來說，封裝體34包括一第一封裝層341、一第二封裝層342及一位於第一封裝層341與第二封裝層342之間的空氣介質層343，其中第一封裝層341覆蓋發光元件32，第二封裝層342覆蓋光學感測元件33。術語“空氣介質層”，指的是一形成於第一封裝層341與第二封裝層342之間且充滿空氣的層狀空間，也就是說，空氣介質層343的折射率為1。形成封裝體34的步驟可包括：先通過壓模封裝的方式在基板31上形成一層狀封裝材料，再對層狀封裝材料進行切割，以形成第一封裝層341與第二封裝層342，但不受限於此。實務上，可預先定義出一位於光發射區域311與光接收區域312之間的切割道(圖中未標號)，並利用一切割刀沿著切割 道進行切割，以使得空氣介質層343的寬度大致等同於切割刀的寬度。

在本實施例中，封裝體34為光訊號可穿透的材料所形成，光訊號可穿透的材料的具體例包括：環氧樹脂(epoxy)及矽氧樹脂(silicone)等。空氣介質層343具有一預定寬度w，預定寬度w介於80微米至1000微米之間。值得注意的是，這類材料的折射率一般介於1.4至2.0之間，因此，空氣介質層343與第一封裝層341和第二封裝層342之間具有一預定折射率差值，而可以使橫向傳遞的光線產生連續的偏折，並達到防止內部雜散光干擾光學感測元件33的功效。

雖然在本實施例中，如圖3及圖4所示，第一封裝層341上對應發光元件32的一出光面3411為平面，但是在其他實施例中，出光面3411也可為向外凸出的半球面，以利發光元件32所產生的光訊號向外射出。

請參閱圖5及圖6所示，本創作還進一步提供一種手持式電子裝置D，並且手持式電子裝置D使用一整合式感測封裝結構3。手持式電子裝置D具有一觸控螢幕T，整合式感測封裝結構3可與觸控螢幕T配合使用，且整合式感測封裝結構3從手持式電子裝置D的一開孔H外露。附帶說明一點，手持式電子裝置D的開孔H並不限定為圓形孔，例如，根據產品設計需求，手持式電子裝置D的開孔H也可為長形孔。

手持式電子裝置D與整合式感測封裝結構3的一種配合使用方式為，當發光元件32所產生的光線投射到第一封裝層341的出光面3411上時，會形成一穿透出光面3411的第一光線L1及一被出光面3411反射的第二光線L2。而第一光線L1被開孔H前方的一物體Z(如：使用者的臉部或衣服)反射後，可以從光感測區域330入射至光學感測元件33。此時，手持式電子裝置D便會自動關閉觸控螢幕T的觸控功能。值得注意的是，雖然第二光線L2是朝接 近光學感測元件33的方向投射，但是第二光線L2在通過第一封裝層341與空氣介質層343的介面時會產生第一次偏折，且在通過第二封裝層342與空氣介質層343的介面時會產生第二次偏折。因此，可以防止發光元件32所產生的光線從光感測區域330以外的區域入射至光學感測元件33，而避免訊號串擾。

手持式電子裝置D與整合式感測封裝結構3的另一種配合使用方式為，通過整合式感測封裝結構3的光學感測元件33得知環境光源L3的亮度，手持式電子裝置D可在環境光不足的情況下自動將觸控螢幕T的亮度調低，以避免使用者的眼睛不適，並可在環境光充足的情況下自動將觸控螢幕T的亮度調高，讓使用者更容易觀看。

[第二實施例]

請參閱圖7及圖8所示，圖7為立體示意圖，圖8為側視剖面示意圖。本創作第二實施例提供一種整合式感測封裝結構3，其包括：一基板31、一發光元件32、一光學感測元件33及一封裝體34。發光元件32與光學感測元件33都設置於基板31上，其中發光元件32能以一預定發光角度發出一光訊號，預定發光角度介於7度至40度之間，較佳介於15度至30度之間，光學感測元件33具有一用以接收光訊號的光感測區域330。封裝體34設置於基板31上，且覆蓋發光元件32與光學感測元件33。關於基板31、發光元件32、光學感測元件33與封裝體34的技術細節，可參考第一實施例所述，故於此不再詳細贅述。

本實施例與第一實施例的主要差異在於：封裝體34並不包括空氣介質層343。具體來說，由於發光元件32是以一預定發光角度α發出光訊號，可以一定程度的降低發光元件32與光學感測元件33之間的訊號串擾，因此，不一定需要空氣介質層343對光訊號的屏蔽。附帶說明一點，發光元件32不可能無限制地接近光學 感測元件33，為了達到本創作的預期功效，發光元件32與光學感測元件33之間具有一最短距離d，最短距離介於800微米至2000微米之間。另外，相較於第一實施例，本實施例的整合式感測封裝結構3省去了一道切割工序，而可以降低製造的困難度。

[第三實施例]

請參閱圖9所示，圖9為側視剖面示意圖。本創作第二實施例提供一種整合式感測封裝結構3，其包括：一基板31、一發光元件32、一光學感測元件33及一封裝體34。發光元件32與光學感測元件33都設置於基板31上，其中發光元件32能以一預定發光角度發出一光訊號，預定發光角度介於7度至40度之間，較佳介於15度至30度之間，光學感測元件33具有一用以接收光訊號的光感測區域330。封裝體34設置於基板31上，且包括一覆蓋發光元件32的第一封裝層341、一覆蓋光學感測元件33的第二封裝層342及一位於第一封裝層341與第二封裝層342之間的空氣介質層343。空氣介質層343與第一封裝層341和第二封裝層342之間具有一預定折射率差值，用以防止光訊號從光感測區域330以外的區域入射至光學感測元件33。關於基板31、發光元件32、光學感測元件33與封裝體34的技術細節，可參考第一實施例所述，故於此不再詳細贅述。

本實施例與第一實施例的主要差異在於：光學感測元件33具有一光屏蔽層334。具體來說，光學感測元件33具有一上表面、一相對於上表面331的下表面332及至少一位於上表面331與下表面332之間的側表面333，其中上表面具有光感測區域330，下表面332連接於基板31，側表面333大致垂直於上表面331與下表面332，且面向發光元件32，側表面333上形成有一光屏蔽層334，用以屏蔽光訊號。具體來說，光屏蔽層334可通過吸收或反射的方式來屏蔽光訊號，光屏蔽層334可為金屬材料、半導體材 料或絕緣材料所形成。關於光屏蔽層334的材料，為本領域技術人員所熟知且可商購，故於此不再詳細贅述。

[實施例的有益效果]

本創作的其中一有益效果在於，本創作所提供的手持式電子裝置及其整合式感測封裝結構，其能通過“發光元件能以一預定發光角度發出光訊號，預定發光角度介於7度至40度之間”及/或“封裝體包括一覆蓋發光元件的第一封裝層、一覆蓋光學感測元件的第二封裝層以及一位於第一封裝層與第二封裝層之間的空氣介質層，且空氣介質層與第一封裝層和第二封裝層之間具有一預定折射率差值”的技術方案，以防止發光元件與光學感測元件之間的訊號串擾，並可以提升產品良率與滿足小型化的設計要求。

以上所公開的內容僅為本創作的優選可行實施例，並非因此侷限本創作的申請專利範圍，所以凡是運用本創作說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本創作的申請專利範圍內。

Claims (11)

1. 一種整合式感測封裝結構，其包括：一基板；一發光元件，所述發光元件設置於所述基板上，且能以一預定發光角度發出一光訊號，所述預定發光角度介於7度至40度之間；一光學感測元件，所述光學感測元件設置於所述基板上，且具有一用以接收所述光訊號的光感測區域；以及一封裝體，所述封裝體設置於所述基板上，且包括一覆蓋所述發光元件的第一封裝層、一覆蓋所述光學感測元件的第二封裝層以及一位於所述第一封裝層與所述第二封裝層之間的空氣介質層；其中，所述空氣介質層與所述第一封裝層和所述第二封裝層之間具有一預定折射率差值，用以防止所述光訊號從所述光感測區域以外的區域入射至所述光學感測元件。
2. 如請求項1所述的整合式感測封裝結構，其中，所述預定發光角度介於15度至30度之間。
3. 如請求項1所述的整合式感測封裝結構，其中，所述空氣介質層具有一預定寬度，且所述預定寬度介於80微米至1000微米之間。
4. 如請求項1所述的整合式感測封裝結構，其中，所述光訊號的波長介於700奈米至1100奈米之間。
5. 如請求項1所述的整合式感測封裝結構，其中，所述光學感測元件具有一上表面、一相對於所述上表面的下表面以及至少一位於所述上表面與所述下表面之間的側表面，所述上表面具有所述光感測區域，所述下表面連接於所述基板，至少一所述側表面大致垂直於所述上表面與所述下表面，且面向所述發光元 件，其中，至少一所述側表面上形成有一光屏蔽層，用以屏蔽所述光訊號。
6. 如請求項1所述的整合式感測封裝結構，其中，所述光學感測元件為一積體電路晶片，且具有一近接感測單元(proximity sensor unit，PS)以及環境光感測單元(ambient light sensor unit，ALS)。
7. 如請求項1所述的整合式感測封裝結構，其中，所述發光元件為雷射二極體(LD)或垂直共振腔面射型雷射(vertical cavity surface emission laser，VCSEL)。
8. 一種整合式感測封裝結構，其包括：一基板；一發光元件，所述發光元件設置於所述基板上，且能以一預定發光角度發出一光訊號，所述預定發光角度介於7度至40度之間；一光學感測元件，所述光學感測元件設置於所述基板上，且具有一用以接收所述光訊號的光感測區域；以及一封裝體，所述封裝體設置於所述基板上，且覆蓋所述發光元件與所述光學感測元件。
9. 如請求項8所述的整合式感測封裝結構，其中，所述預定發光角度介於15度至30度之間。
10. 如請求項8所述的整合式感測封裝結構，其中，所述發光元件與所述光學感測元件之間具有一最短距離，且所述最短距離介於800微米至2000微米之間。
11. 一種手持式電子裝置，其特徵在於，所述手持式電子裝置使用如請求項1或8所述的整合式感測封裝結構。