一种光电传感器及其封装方法

技术领域

本发明涉及光电传感器领域，尤其涉及一种光电传感器及其封装方法。

背景技术

随着光电传感器的发展，光电传感器的应用场景越来越广泛，例如利用光电传感器实现接近光检测或环境光检测。现有光电传感器的封装形式有以下两种：如图1所示，现有一种光电传感器的封装形式为：将光电二极管芯片300通过固定胶200固定在支架100上，在光电二极管芯片300上面形成滤波密封胶400，实现利用滤波密封胶对信号的选择性过滤来接收波段以达到光强度监测的目的。采用此方案时，会因胶水长期老化变质导致滤波范围变化，存在滤波范围不稳定的缺陷；与此同时，滤波密封胶由滤波胶水和色粉组成，属于悬浊液体，色粉在滤波胶水中的密度不均匀，导致器件差异大，也没法准确测量光信号强度而只能做定性分析参考。如图2所示，现有另一种光电传感器的封装形式为：将光电二极管芯片300固定在支架100上，对此光电二极管芯片300进行区域划分，然后针对每个区域的芯片表面蒸镀不同颜色的滤波层(例如红色滤波层1、蓝色滤波层2、绿色滤波层3)，实现芯片区域选择波段通过，从而实现光强度检测及色度监控，这种方案的工艺实现难度很大，成本很高，导致难以制作出满足用户需求的光电传感器。

因此，如何更容易地制作出高需求的光电传感器是亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述相关技术的不足，本发明的目的在于提供一种光电传感器及其封装方法，旨在解决现有光电传感器无法同时兼顾检测精度与工艺难度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光电传感器的封装方法，包括：

S2、在驱动基板上形成呈阵列分布的若干光电转换芯片；

S4、在所述驱动基板上形成将各所述光电转换芯片包裹的保护单元，S6、在所述驱动基板上相邻所述保护单元之间形成隔离结构；

S8、在各所述若干保护单元上形成滤光单元；

S10、在各所述若干滤光单元上形成透镜单元。

可选的，所述S4、在所述驱动基板上形成将各所述光电转换芯片包裹的保护单元包括：

S41、在所述驱动基板上设有所述若干光电转换芯片的一侧形成包覆所述若干光电转换芯片的一保护层；

S42、将位于相邻所述光电转换芯片之间的部分所述保护层去除，以形成将各所述光电转换芯片包裹的保护单元。

可选的，所述隔离结构的部分上表面高于所述保护单元的上表面，且所述隔离结构具有围绕各所述保护单元设置的台阶面；

所述S8、在各所述保护单元上形成滤光单元包括：

S81、在所述隔离结构的各所述凹槽内以及各所述保护单元上形成滤光单元。

可选的，所述光电传感器包括若干滤光单元，所述若干滤光单元包括红色滤光单元、橙色滤光单元、黄色滤光单元、绿色滤光单元、青色滤光单元、蓝色滤光单元、紫色滤光单元、紫外滤光单元中任意几种的组合；

所述S8、在各所述保护单元上形成滤光单元包括：

S83、按照由所述红色滤光单元、所述橙色滤光单元、所述黄色滤光单元、所述绿色滤光单元、所述青色滤光单元、所述蓝色滤光单元、所述紫色滤光单元、所述紫外滤光单元和所述红外滤光单元中任几种组成的循环单元呈阵列分布的排布方式，在各所述保护单元上形成一个所述滤光单元。

可选的，所述S10、在各所述滤光单元上形成透镜单元包括：

S101、在各所述滤光单元上形成一连接部和一透镜部；所述透镜部通过所述连接部与所述滤光单元相连；位于相邻所述滤光单元上的所述连接部相互连接。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种光电传感器，包括：

驱动基板；

设置在所述驱动基板上呈阵列分布的若干光电转换芯片；

设置在所述驱动基板上将各所述光电转换芯片包裹的保护单元；

设置在所述驱动基板上位于相邻所述保护单元之间的隔离结构；

设置在各所述保护单元上的滤光单元；

设置在各所述滤光单元上的透镜单元。

可选的，所述隔离结构的高度不低于所述保护单元的高度；所述隔离结构表面为黑色。

可选的，所述隔离结构的至少部分上表面高于所述保护单元的上表面，所述隔离结构具有围绕各所述保护单元设置的台阶面，各所述滤光单元设置在各所述台阶面上。

可选的，各所述透镜单元包括连接部和透镜部；所述透镜部通过所述连接部与所述滤光单元相连；位于相邻所述滤光单元上的所述连接部相互连接；所述透镜单元为顶部凸出的凸透镜，各所述透镜单元的焦平面位于各所述光电转换芯片的感光面上。

可选的，所述连接部远离所述透镜部一侧内嵌有凹槽，所述滤光单元置于所述连接部的所述凹槽内。

本发明提供的一种光电传感器及其封装方法，通过在驱动基板上形成呈阵列分布的若干光电转换芯片；在所述驱动基板上形成将各所述光电转换芯片包裹的保护单元；在所述驱动基板上相邻所述保护单元之间形成隔离结构；在各所述保护单元上形成滤光单元；在各所述滤光单元上形成透镜单元；形成单个光电传感器。也就是说，本发明所提供的光电传感器内部设有光电转换芯片阵列，位于相邻光电转换芯片间的隔离结构，以及分别与光电转换芯片阵列对应设置的滤光单元阵列、透镜单元阵列。则在本发明中，可通过将光电转换芯片与滤光单元一一对应设置，实现特定波长范围内光强度的有效识别，各滤光单元的滤波范围稳定，可进行定量分析；还通过位于相邻光电转换芯片间的隔离结构，实现有效防止相邻光电转换芯片间入射光的串扰，以提升定量分析的数据准确性；还通过将光电转换芯片与透镜单元一一对应设置，便可利用透镜单元来汇聚光线，增加光电转换芯片的入射光线，可提升光信号强度而利于检测。此外，本发明的光电传感器的制作工艺难度小，成本也低。可见，本发明可同时兼顾检测精度与工艺难度及生产成本，满足用户对光电传感器更高的应用需求。

附图说明

图1为现有技术的一种光电传感器的封装形式示意图；

图2为现有技术的另一种光电传感器的封装形式示意图；；

图3为本发明实施例中光电传感器的封装方法的流程示意图；

图4为本发明实施例中光电传感器的封装方法的细化流程示意图一；

图5为本发明实施例中光电传感器的封装方法的细化流程示意图二；

图6-1为本发明实施例中驱动基板上设有光电转换芯片时的俯视图；

图6-2为图6-1中B-B剖视图；

图7-1为本发明实施例中驱动基板上设有一保护层时的俯视图；

图7-2为图7-1中C-C剖视图；

图8-1为本发明实施例中驱动基板上设有若干保护单元时的俯视图；

图8-2为图8-1中D-D剖视图；

图9-1为本发明实施例中驱动基板上设有隔离结构时的俯视图一；

图9-2为图9-1中E-E剖视图；

图10-1为本发明实施例中驱动基板上设有隔离结构时的俯视图二；

图10-2为图10-1中F-F剖视图；

图11-1为本发明实施例中驱动基板上设有若干滤光单元时的俯视图；

图11-2为图11-1中G-G剖视图一；

图11-3为图11-1中G-G剖视图二；

图12-1为本发明实施例中若干滤光单元在波长段上的排布方式一；

图12-2为本发明实施例中若干滤光单元在波长段上的排布方式二；

图13-1为本发明实施例中驱动基板上设有若干透镜单元时的俯视图；

图13-2为图13-1中I-I剖视图一；

图13-3为图13-1中I-I剖视图二；

图13-4为图13-1中J-J剖视图一，且是本发明实施例中透镜单元收集光线并在光电转换芯片上汇聚的示意图；

图13-5为图13-1中J-J剖视图二，且是本发明实施例中透镜单元收集光线的角度示意图；

附图标记说明：

100-支架；200-固定胶；300-光电二极管芯片；400-滤波密封胶；1-红色滤波层；2-蓝色滤波层；3-绿色滤波层；10-驱动基板；11-光电转换芯片；12-保护单元；121-保护层；1211-子保护层；1212-子保护单元；13-隔离结构；14-滤光单元；141-红色滤光单元；142-橙色滤光单元；143-黄色滤光单元；144-绿色滤光单元；145-青色滤光单元；146-蓝色滤光单元；147-紫色滤光单元；148-紫外滤光单元；149-红外滤光单元；15-透镜单元；151-透镜部；152-连接部。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

随着光电传感器的发展，光电传感器的应用场景越来越广泛，例如利用光电传感器实现接近光检测或环境光检测。而现有光电传感器中，其中一种光电传感器的滤波范围不稳定，且检测准确度低而只能进行定性分析；另一种光电传感器虽可实现定量分析，工艺难度大，成本高。

基于此，本发明希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。

本发明实施例：

如图3所示，本实施例所提供的一种光电传感器的封装方法，至少包括以下步骤：

S2、在驱动基板上形成呈阵列分布的若干光电转换芯片；

S4、在驱动基板上形成将各光电转换芯片包裹的保护单元；

S6、在驱动基板上相邻保护单元之间形成隔离结构；

S8、在各保护单元上形成滤光单元；

S10、在各滤光单元上形成透镜单元。

在本实施例中，驱动基板包括但不限于树脂覆铜板。还在驱动基板上形成间隔设置的若干光电转换芯片。具体地，如图6-1、图6-2所示，先采用点胶的形式在驱动基板10上设置固定胶，将若干光电转换芯片11设置在固定胶上，实现将若干光电转换芯片11固定在驱动基板10上。本实施例的光电转换芯片可实现将光信号转换成电信号，包括但不限于光电二极管芯片。此驱动基板内部还设置有导电线路，通过焊线将每个光电转换芯片与驱动基板的导电线路进行电连接，以实现电信号的传输。

在本实施例中，为了保护光电转换芯片以及隔离光电转换芯片与滤光光单元，在驱动基板上形成与每个光电转换芯片对应的一个保护单元。具体地，如图4所示，在驱动基板上形成将各光电转换芯片包裹的保护单元包括：S41、在驱动基板上设有若干光电转换芯片的一侧形成包覆若干光电转换芯片的一保护层；S42、将位于相邻光电转换芯片之间的部分保护层去除，以形成将各光电转换芯片包裹的保护单元。在实际应用中，可在驱动基板表面及光电转换芯片表面上模压透光树脂环氧胶层作为保护层，并对此保护层进行切割形成若干保护单元，每个保护单元的截面呈圆形且包裹一个光电转换芯片，而相邻保护单元间的通道可作为待形成隔离单元的容置空间。如图7-1和图7-2所示，在模压后形成的一保护层121可包括一子保护层1211和设置在子保护层1211上的若干子保护单元1212，每个子保护单元的1212截面也呈圆形，每个子保护单元1212与每个光电转换芯片11对应。如图7-2、图8-1和图8-2所示，由于这些子保护单元1212是间隔排列的，后续切割此保护层时可沿着相邻子保护单元1212之间的通道将子保护层1211的一部分去除，以形成若干保护单元12，利于提升切割效率。

在本实施例中，为了避免因入射光进入彼此相邻的保护单元而产生串扰，可以在驱动基板上相邻保护单元之间形成隔离结构，在本实施例中隔离结构的表面为黑色。应当理解是，可以是隔离结构本身采用黑色材质，此时隔离结构的表面呈黑色；还可以是在隔离结构的表面涂覆一黑色层，此黑色层采用黑色材质，使得隔离结构的表面为黑色。在实际应用中，可通过在驱动基板上模压黑胶以形成隔离结构，通过此黑胶可以阻挡相邻光电转换芯片间入射光的串扰，同时通过黑胶吸收不能直射到光电转换芯片11表面的入射光线避免因光线在隔离结构表面发生反射返回至光电转换芯片11而造成重复采样。可以理解的是，此隔离结构的高度及外形可以灵活设置。例如此隔离结构的高度不低于保护单元的高度，换而言之，此隔离结构的高度大于等于保护单元的高度；当隔离结构的高度大于保护单元的高度时，还可设置隔离结构具有围绕各保护单元设置的台阶面，以作为滤光单元的容置空间。可以理解的是，通常隔离结构具有相对的上表面与下表面，保护单元也具有相对的上表面与下表面，其中隔离结构的下表面、保护单元的下表面均与基板贴合。当隔离结构的高度等于保护单元的高度时，隔离结构的上表面与保护单元的上表面平齐。此外，还可设置隔离结构的至少部分上表面高于保护单元的上表面。为更好理解，下面结合附图及具体示例作进一步阐述：在一示例中，如图9-1、图9-2所示，隔离结构13填充相邻保护单元12之间的空隙，同时隔离结构13的上表面与保护单元12的上表面平齐。也就是说，隔离结构13的高度等于保护单元12的高度。在另一示例中，如图10-1和图10-2所示，隔离结构13填充相邻保护单元12之间的空隙，同时隔离结构13的部分上表面与保护单元12的上表面平齐。此时隔离结构13具有若干台阶面，各台阶面围绕一个保护单元12，此台阶面可用于容置滤光单元。在本示例中，还可设置隔离结构13的台阶面与保护单元12的上表面平齐，以实现隔离结构13和保护单元12共同支撑滤光单元。

在本实施例中，将滤光单元固定在隔离结构和/或保护单元上，满足滤光单元位于保护单元上方即可。此滤光单元可以是滤光片，滤光片的材质可采用光学玻璃与磁控溅射蒸镀滤波层的结合，此滤光片的滤波范围稳定可靠，并且滤波特性也稳定。并采用固晶方式将滤光片贴装到对应的光电转换芯片上方保护单元表面。还可灵活地设置滤光单元的具体尺寸。例如基于保护单元以及隔离结构的具体结构设置滤光单元的具体尺寸。在实际应用中，可以是在各保护单元上形成一个滤光单元，如图11-1和图11-2所示，俯视图下，滤光单元14呈方形，滤光单元14的尺寸略大于保护单元12的尺寸，此时滤光单元14可完全遮盖此保护单元12的上表面。还可以是在各保护单元及隔离结构上形成一个滤光单元，如图4所示，隔离结构的部分上表面高于保护单元的上表面，且隔离结构具有围绕各保护单元设置的台阶面；S8、在各所述保护单元上形成滤光单元包括：S81、在隔离结构的各台阶面内以及各保护单元上形成滤光单元。又如图13-1和图13-2所示，俯视图下，滤光单元14的尺寸大小大于保护单元12的尺寸大小，滤光单元14既与隔离结构13的台阶面贴合，也与保护单元12的上表面贴合。可以理解的是，隔离结构的台阶面可与保护单元的上表面平齐，此时可将滤光单元同时与隔离结构的台阶面及保护单元接触，实现隔离结构和保护单元共同支撑滤光单元。此时，滤光单元的尺寸可大于保护单元的尺寸，且滤光单元的侧面被隔离结构包围，可进一步避免相邻滤光单元间入射光线的串扰，更利于提升检测准确性。

需要说明的是，上述滤光单元是用来选取所需辐射波长段的光学器件，按照光谱波段可将此滤光单元分为紫外滤光单元、可见滤光单元和红外滤光单元。在本实施例中，是为每一个光电转换芯片配置对应的一个滤光单元，与每个光电转换芯片对应的那一个滤光单元可为红色滤光单元、橙色滤光单元、黄色滤光单元、绿色滤光单元、青色滤光单元、蓝色滤光单元、紫色滤光单元、紫外滤光单元和红外滤光单元中的任一种。从整体来看，单个光电传感器内部具有若干滤光单元，这些个滤光单元包括红色滤光单元、橙色滤光单元、黄色滤光单元、绿色滤光单元、青色滤光单元、蓝色滤光单元、紫色滤光单元、紫外滤光单元和红外滤光单元中任意一种或任意几种的组合。例如，光电传感器的若干滤光单元可包括红色滤光单元、橙色滤光单元、黄色滤光单元、绿色滤光单元、青色滤光单元、蓝色滤光单元、紫色滤光单元、紫外滤光单元和红外滤光单元。

还需要说明的是，在本实施例中，驱动基板上设有若干光电转换芯片，对应的，光电传感器内部也设有若干滤光单元。而这些个滤光单元在波长段上的排布方式是多种多样的，可以是无规律的任意排布，也可以是有一定规律的有序排布。举例来说，如图5所示，在一示例中，S8、在各保护单元上形成滤光单元包括：S82、按照同波长段的滤光单元在同一行和/或同一列上不相邻的排布方式，在各保护单元上形成一个滤光单元。又如图12-1所示，光电传感器内设有呈阵列分布的若干滤光单元，若干滤光单元包括红色滤光单元141、绿色滤光单元144和蓝色滤光单元146，且同一行和同一列上相邻两个滤光单元所选取的波长段都不相同。在另一示例中，S8、在各保护单元上形成滤光单元包括：S83、按照由红色滤光单元、橙色滤光单元、黄色滤光单元、绿色滤光单元、青色滤光单元、蓝色滤光单元、紫色滤光单元、紫外滤光单元和红外滤光单元中任几种组成的循环单元呈阵列分布的排布方式，在各保护单元上形成一个滤光单元。又如图12-2所示，光电传感器内设有呈阵列分布的若干滤光单元，若干滤光单元包括9个3×3的循环单元，每个3×3的循环单元包括排列顺序一致的红色滤光单元141、橙色滤光单元142、黄色滤光单元143、绿色滤光单元144、青色滤光单元145、蓝色滤光单元146、紫色滤光单元147、紫外滤光单元148和红外滤光单元149。通过此种排布方式，实现单个光电传感器可检测出红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝光、紫色、紫外和红外的光线含量，从而获得环境光或太阳光中不同波段内的光线含量；还通过比较透过不同循环单元间同一波长段的滤光单元的光强度以分析出环境光或太阳光的入射方向，扩大光电传感器的应用范围，进一步提升用户的体验满意度。

在本实施例中，在滤光单元上方(即滤光单元远离光电转换芯片一侧的表面上)形成透镜单元，利用此透镜单元来汇聚光线。同时，针对每一个光电转换芯片配置对应的一个透镜单元，还可设置透镜单元中心与光电转换芯片中心沿预设方向对齐，此预设方向可为光电转换芯片、保护单元及滤光单元的堆叠方向。在实际应用中，可在若干滤光单元的表面上模压高透光环氧树透镜作为透镜单元，若干透镜单元可以是间隔设置的，也可以是相互连接的。在一些示例中，如图4所示，S10、在各滤光单元上形成透镜单元包括：S101、在各滤光单元上形成一连接部和一透镜部；透镜部通过连接部与滤光单元相连；位于相邻滤光单元上的连接部相互连接。又如图13-1、13-2和13-3所示，透镜单元15包括一体模压成型的一连接部152和一透镜部151，透镜部151通过连接部152与滤光单元15相连；位于相邻滤光单元14上的连接部152相互连接。而在图13-2中，此透镜单元15中连接部152靠近滤光单元14一侧内嵌有凹槽，此凹槽的尺寸与滤光单元14的尺寸相适配，以用来与滤光单元14固定连接。而在图13-3中，透镜单元15中连接部152靠近滤光单元14一侧的表面是光滑平面。在上述示例中，透镜部151用于汇聚外部入射光线以使光线聚集到光电转换芯片上从而提升光信号强度。连接部152用于保证全部透镜单元15处于同一平面，避免因若干光电转换芯片对应的滤光单元所在的高度分布不规则，导致若干光电转换芯片所接收到的光信号强度分布不规律，而影响检测精度。参考图13-4所示，透镜单元15为顶部凸出的凸透镜，可在一定角度范围内收集光线，各透镜单元15的焦平面位于光电转换芯片11的感光面上，使得透镜收集的光线汇聚到光电转换芯片11的光感面上，可增强光电转换芯片11感测到的信号。还参考图13-5所示，本实施例中，透镜单元15接收光线的角度θ不限于为60°。

本实施例还提供一种光电传感器，此光电传感器可采用前文阐述的任一实施例所提供的光电传感器的封装方法制作得到。如图13-1、图13-2、图13-3所示，此光电传感器至少包括：

驱动基板10；

设置在驱动基板10上呈阵列分布的若干光电转换芯片11；

设置在驱动基板10上将各光电转换芯片11包裹的保护单元12；

设置在驱动基板10上位于相邻保护单元12之间的隔离结构13；

设置在各保护单元12上的滤光单元14；

设置在各滤光单元14上的透镜单元15。

在本实施例中，隔离结构13的高度不低于保护单元12的高度。如图13-2所示，隔离结构13的高度等于保护单元12的高度；如图13-3所示，隔离结构13的至少部分上表面高于保护单元12的上表面，隔离结构13具有围绕各保护单元12设置的台阶面，各滤光单元12设置在各台阶面上。与此同时，在图13-2、图13-3中，各透镜单元15包括连接部152和透镜部151；透镜部151通过连接部152与滤光单元14相连；位于相邻滤光单元14上的连接部152相互连接；且在图13-2中，连接部152远离透镜部151一侧内嵌有凹槽，滤光单元12置于连接部152的凹槽内。还如图13-4、图13-5所示，透镜单元15为顶部凸出的凸透镜，各透镜单元15的焦平面位于各光电转换芯片11的感光面上；各透镜单元15接收光线的角度θ不限于为60°。可以理解的是，此光电传感器中的各组成部件(如保护单元、隔离结构、滤光单元、透镜单元等)的形状及构造已在前文作了详细介绍，在此不作过多赘述。

通过本实施例提供的光电传感器及其封装方法，得到的单个光电传感器内部具有互相对应的光电转换芯片阵列、滤光单元阵列和透镜单元阵列，同时相邻光电转换芯片之间还设有隔离结构以避免串扰，可实现定量分析，工艺难度低，成本也低，满足用户对光电传感器更高的应用需求，提升用户的使用体验。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。