光电感测封装结构

技术领域

本发明涉及一种光电感测封装结构，特别是涉及一种包含出光元件以及收光元件的光电感测封装结构。

背景技术

关于出光元件，例如垂直共振腔面射激光(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，VCSEL)的激光元件，搭配收光元件，例如光侦测芯片(Photo-Detector IntegratedCircuit，PDIC)，的封装制作工艺，一般需于制作工艺中进行繁琐的封胶(Molding)和对位程序，以避免激光元件和收光元件之间发生干扰(Cross-talk)效应。

请参阅图1A和图1B，其是以出光元件搭配收光元件的一种现有光电感测封装结构10的上视示意图和侧视示意图。先将发光用的出光元件110和收光用的收光元件120固定于基板100上、分别打上导电线路112、122后，进行第一次封胶，在出光元件110和收光元件120上形成透明保护结构130，其中透明保护结构130包含两个彼此独立的透明保护结构130A、130B分别包覆出光元件110和收光元件120；接着再进行第二次封胶形成包覆在透明保护结构130外的黑胶层140。黑胶层140可以隔离透明保护结构130A与130B，以防止出光元件110和收光元件120之间光串扰(Cross-talk)而影响光信号侦测的准确性。黑胶层140上对应于出光元件110的出光(如箭头方向E所示)和收光元件120的收光(如箭头方向R所示)形成有相应的孔洞，作为光电感测封装结构10的出光孔141和收光孔142。然而，黑胶层140中所形成的出光孔141和收光孔142必须分别与出光元件110和收光元件120精确对位，才可确保光电感测封装结构10可以正确地发射光线与接收光线。

请参阅图2A和图2B，其是以出光元件搭配收光元件的另一种现有光电感测封装结构20的上视示意图和侧视示意图。先将出光用(如箭头方向E所示)的出光元件210和收光用(如箭头方向R所示)的收光元件220固定于基板200上、分别打上导电线路212、222后，进行封胶，形成透明保护结构230。接着于透明保护结构230中形成切割道232，切割道232延伸达基板200的上表面200A，使透明保护结构230形成两个彼此独立的透明保护结构230A、230B分别包覆出光元件210和收光元件220，在切割道232中填入黑胶240以避免漏光串扰。此制作工艺相对简易，但因需切割破坏透明保护结构230，故将使整个封装结构20变得相对脆弱。

请参阅图3A和图3B，其是以出光元件搭配收光元件的另一种现有光电感测封装结构30的上视示意图和侧视示意图。将出光用(如箭头方向E所示)的出光元件310和收光用(如箭头方向R所示)的收光元件320固定于基板300上、分别打上导电线路312、322后，进行封胶，形成透明保护结构330。接着在透明保护结构330中形成切割道332；不同于图2A和图2B所示封装结构20，在此例中，在基板的上表面300A上保留部分透明保护结构330，意即切割道332并未深达基板300的上表面300A。相较之下，此制作工艺虽更简易，但仍因需切割破坏透明保护结构330，故将使整个封装结构20变得相对脆弱；切割道332下的部分透明保护结构330也将因残余高度不同而导致不同程度的光串扰。

发明内容

本发明提供一种光电感测封装结构，利用倒装结构(Flip Chip)的出光元件及收光元件形成，省去现有光电感测封装制作工艺中繁琐的封胶和对位程序，也省去现有封装结构所需的打线空间，进一步减小整个封装结构的体积。

根据本发明，提出一种光电感测封装结构，包括：一出光元件，具有一出光面；一收光元件，具有一收光面；及一基板，具有一底部及一凹部空间，出光元件和收光元件设于凹部空间内且固接于该底部，且该出光元件和该收光元件分别电连接于该基板；其中，第一孔洞对应于出光元件的出光面，且第二孔洞对应于收光元件的收光面。

附图说明

为能更进一步了解本发明的特征与技术内容，请参阅下述有关本发明实施例的详细说明及如附的附图。但是所公开的详细说明及如附的附图仅提供参考与说明之用，并非用以对本发明加以限制；其中：

图1A和图1B是以出光元件搭配收光元件的一种现有光电感测封装结构的上视示意图和侧视示意图。

图2A和图2B是以出光元件搭配收光元件的另一种现有光电感测封装结构的上视示意图和侧视示意图。

图3A和图3B是以出光元件搭配收光元件的另一种现有光电感测封装结构的上视示意图和侧视示意图。

图4A至图4G是本发明的光电感测封装制作工艺中各步骤所形成结构的示意图，用以说明根据本发明的实施例的光电感测封装结构。

符号说明

10 光电感测封装结构

100 基板

110 出光元件

112 导电线路

120 收光元件

122 导电线路

130 保护结构

140 黑胶层

141 出光孔

142 收光孔

20 光电感测封装结构

200 基板

200A 固晶表面

210 出光元件

212 导电线路

220 收光元件

222 导电线路

230 保护结构

232 切割道

240 黑胶

30 光电感测封装结构

300 基板

300A 固晶表面

310 出光元件

312 导电线路

320 收光元件

322 导电线路

330 保护结构

332 切割道

40 光电感测封装结构

400 导电基板

400A1～400A6 接脚

401 侧壁

402 底部

403 凹部空间

410 出光元件

410A 出光面

412 第一导电结构

4121 第一电极

4122 第二电极

420 收光元件

420A 收光面

422 第二导电结构

4221 第三电极

4222 第四电极

430 保护结构

451 第一孔洞

452 第二孔洞

E 出光方向

R 收光方向

具体实施方式

下文是参照附图、并且以示例实施例说明本发明的概念，在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的元件符号；再者，附图为利于理解而绘制，附图中各层的厚度与形状并非元件的实际尺寸或特定比例关系。

请参阅图4A至图4G，其是本发明的光电感测封装制作工艺中各步骤所形成结构的示意图，以说明根据本发明的实施例的光电感测封装结构40。

图4A是导电基板400的示意下视图，在本发明中，是直接在光电感测封装制作工艺用的导电基板400中形成光电感测封装结构的第一孔洞451和第二孔洞452。图4B是沿图4A中线AA’所示的截面图，说明用于本实施例中的导电基板400的侧面形态；如图4B所示，导电基板400具有多个侧壁401、底部402、以及由侧壁401与底部402围设而成的凹部空间403。底部402上具有第一孔洞451和第二孔洞452，在本实施中，第一孔洞451为出光孔，第二孔洞452为收光孔。

如图4C所示，根据需求，第一孔洞451和第二孔洞452的孔径可分别小于、大于或等于出光元件410的出光面410A和后续形成的收光元件420的收光面420A，以使出光元件410的光束通过第二孔洞451以及光束反射后通过第二孔洞452被收光元件420吸收。出光元件410具有第一宽度且第一孔洞451具有第二宽度，第二宽度小于第一宽度。收光元件420具有第三宽度且第二孔洞452具有第四宽度，第四宽度小于第三宽度。在本发明中，导电基板400可为陶瓷基板、塑胶基板、环氧玻璃复层基板(FR4)、双马来酰亚胺-三氮杂环树脂(Bismaleimide Triazine，BT)基板、铝基板(MCPCB)、或其他具有导电线路的基板。导电基板400中具有相应的设计导电结构(未示)以供电连接用。

如图4C所示，将出光元件410和出光元件420以倒装方式固定于导电基板400的底部402上。出光元件410为发光芯片，例如：发光二极体芯片或激光芯片。在本实施例中，出光元件410是一垂直共振腔面射激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)芯片用以发出一激光光束，具有出光面410A面对底部402上的第二孔洞451；收光元件420是一光电侦测芯片(Photo-Detector IC，PDIC)用以吸收出光元件410发出的激光光束遇待测物体被反射回来的光线，并将光线转换成电信号，并具有收光面420A面对底部402上的第二孔洞452。在本实施例中，出光元件410和收光元件420均为倒装式芯片，其中，出光元件410具有第一导电结构412设置在出光面410A上，收光元件420具有第二导电结构422设置在收光面420A上；出光元件410和收光元件420分别通过第一导电结构412和第二导电结构422而固接于导电基板400的底部402且置于凹部空间403中，并通过第一导电结构412和第二导电结构422以倒装方式与导电基板400电连接。第一导电结构412和第二导电结构422可包含导电材料，例如铂(Pt)、镍(Ni)、金(Au)、或其他具有导电性的材料等。此外，本实施例的第一导电结构412和第二导电结构422通过导电胶(图未示)固定于导电基板400上，即导电胶位于该第一导电结构412和该导电基板400之间，及导电胶位于该第二导电结构422和该导电基板400之间。上述导电胶可以为锡膏、银胶、或其他具有导电性的黏着材料等。在本实施例中，出光元件410具有第一活性区(图未示)，且第一导电结构412包含第一电极4121及第二电极4122各自连接于出光元件410中不同导电性的区域，例如第一电极4121连结于导电性为P的区域、第二电极4122连接于导电性为N的区域，且第一电极4121与第二电极4122位于第一活性区的同一侧，例如位于朝向导电基板400的一侧。同样地，收光元件420具有第二活性区(图未示)，且第一导电结构422包含第三电极4221及第四电极4222各自连接于收光元件420中不同导电性的区域，例如第三电极4221连结于导电性为P的区域、第四电极4222连接于导电性为N的区域，且第三电极4221与第四电极4222位于第二活性区的同一侧，例如位于朝向导电基板400的一侧。此外，在本实施例中，出光元件410的第一活性区具有相对的第一侧及第二侧，第一电极4121及第二电极4122位于第一侧上，且出光元件410朝第一侧发出的亮度大于朝第二侧发出的亮度，且第一侧较第二侧靠近上述出光面410A。

接着，如图4D所示，在凹部空间403中填入胶材包覆出光元件410和收光元件420，形成保护结构430。将图4D所示结构倒置后，即形成如图4E所示的光电感测封装结构40。光电感测封装结构40的上视图如图4F所示，光电感测封装结构40的下视图如图4G所示。

再参图4E所示，本发明的光电感测封装结构40包括：出光元件410，其具有一出光面410A；收光元件420，其具有收光面420A；及导电基板400。导电基板400具有多个侧壁401、底部402以及由侧壁401和底部402所限定的凹部空间403；出光元件410和收光元件420固定于凹部空间403内，且分别通过第一导电结构412和第二导电结构422与导电基板400的底部402的电路(图未示)电连接。

第一孔洞451以及第二孔洞452分别贯穿基板400的底部402，第一孔洞451对应于出光元件410的出光面410A，第二孔洞452对应于收光元件420的收光面420A。在本实施例中，出光元件410是一VCSEL芯片以发出一激光光束(如箭头方向E所示)通过第一孔洞451射出，当激光光束遇待测物体而被反射后，通过第二孔洞452被收光元件420所吸收，收光元件420是一PDIC芯片用以将反射回来的激光光束(如箭头方向R所示)吸收后转换成电信号，再输出给其他的外部电子元件做进一步的处理，例如用于感测物体、量测距离等应用。如图4F所示，在一实施例中，第二孔洞452的孔径大于第一孔洞451的孔径，以增加被反射后的激光光束通过第二孔洞452的机率。在本实施例中，封装结构40具有保护结构430，其是通过在导电基板400的凹部空间403内填充保护胶材包覆出光元件410和收光元件420而形成，其中保护结构430包含绝缘的胶材，例如硅胶(Silicone)或者环氧树脂(Epoxy resin)。在一实施例中，第一孔洞451及第二孔洞452可填入透明材料，例如透明的硅胶(Silicone)、环氧树脂(Epoxy resin)，或置入透镜，以分别保护出光元件410及收光元件420。此外，透镜也可以改变入射光或出射光的光学路径，例如，聚光、散光或准直光。

在一实施例中，光电感测封装结构40的下视图如图4G所示。导电基板400包含位于下表面400S上的接脚400A1～400A6，通过导电基板400中的电路层(图未示)，接脚400A3、400A4通过第一导电结构412与出光元件410电连接；接脚400A1、400A2通过第二导电结构422与收光元件420电连接；接脚400A5、400A6是可用于与其他电子元件电连接。本实施例中，光电感测封装结构40可通过接脚400A1～400A6与电源及/或外部电路电连接，用以引入电流控制出光元件410、收光元件420以及输出收光元件420的电信号。

基于前述，本发明提供了一种新颖的光电感测封装结构。根据本发明，利用倒装方式，直接利用导电基板作为出光元件和收光元件之间的遮蔽结构，除简化感测封装制作工艺外，还可减小封装结构的厚度，实现超薄型的光电感测封装结构。

此外，本发明利用倒装式芯片在光电感测封装结构之中，由于倒装式芯片不需要打线，因而省去线材占据的空间，进而可以减小封装结构的体积。还因出光元件出光面与封装结构出光孔之间的距离、收光元件收光面与封装结构收光孔之间的距离大幅减少，故可显着降低漏光风险；同时不需要设置如图1B及图2B中的黑胶将出光元件110/210及收光元件120/220隔开，即可实现零串扰(Zero Cross-talk)的功效，进一步提升光电感测封装结构的效能。

需注意的是，本发明所提的前述实施例仅用于例示说明本发明，而非用于限制本发明的范围。熟悉本发明所属领域的技术人员对本发明所进行的诸般修饰和变化均不脱离本发明的精神与范畴。不同实施例中相同或相似的构件、或不同实施例中以相同元件符号表示的构件具有相同的物理或化学特性。此外，在适当的情况下，本发明的上述实施例可互相组合或替换，而非仅限于上文所描述的特定实施例。在一实施例中所描述的特定构件与其他构件的连接关系也可应用于其他实施例中，其均落于本发明如附上的权利要求的范畴。