專利名稱：混合式光電積體封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是有關(guān)一種混合式光電積體封裝，特別指可以搜集被測(cè)物體信息的混合式光電積體封裝。
背景技術(shù)：
感應(yīng)與控制是非常主要的基礎(chǔ)電子，為了執(zhí)行進(jìn)行，需要一個(gè)信號(hào)，此信號(hào)通常以光的形態(tài)表現(xiàn)(無(wú)論是可見(jiàn)光或不可見(jiàn)光)，然后將此光的信號(hào)送達(dá)到被測(cè)物體，再反射回到傳感器，則此含有信息的信號(hào)就會(huì)被讀取出來(lái)，并送到運(yùn)算芯片進(jìn)行運(yùn)算，以便作進(jìn)一步的應(yīng)用。由于組件物理特性的差異，以及為了達(dá)到組件性能最佳化，光源芯片101、感應(yīng)芯片102及運(yùn)算芯片103通常被分開(kāi)制造以及封裝，并利用印刷電路板104將其電性連接起來(lái)(如圖4所示)，通過(guò)此可用于探測(cè)被測(cè)物體50。在某些情況下，如果感應(yīng)芯片102與運(yùn)算芯片103是由同一種半導(dǎo)體制造出來(lái)，例如硅晶，這二個(gè)組件就可以被單芯片結(jié)合積體起來(lái)，或是利用混合式封裝成為一個(gè)。
雖然上述光源與傳感器是被分開(kāi)來(lái)封裝，但也有某些情況，光源與傳感器是封裝在同一個(gè)封裝里，如圖5所示，一封罐201構(gòu)裝的半導(dǎo)體激光二極管202(光源)，其中含有一個(gè)測(cè)光二極管203(感應(yīng)器)，由半導(dǎo)體激光二極管202晶粒的鏡面發(fā)出的光，射到測(cè)光二極管203上，即可測(cè)量半導(dǎo)體激光二極管202的發(fā)光能量，進(jìn)而用于控制其發(fā)光能量；或如圖6所示，是一個(gè)一般的光偶合器30，由半導(dǎo)體發(fā)光二極管301光源發(fā)出的光被反射到測(cè)光二極管302或測(cè)光芯片上。上述二種情形，光傳感器接收到的是同一封裝里的光源所發(fā)出的光，而封裝外的物體并未感應(yīng)，也就是說(shuō)封裝外的信息并沒(méi)有被封裝內(nèi)的感應(yīng)器所接收。另外在這類應(yīng)用中光學(xué)鏡片與封裝好的電子構(gòu)件，都是在組裝時(shí)才加以連結(jié)，此時(shí)常常會(huì)受到組件同心度偏差的困擾。
然而很多應(yīng)用上仍需要光指向被測(cè)物體，再由被測(cè)物體反射光將所要搜集的信息回射至傳感器作運(yùn)算(參閱圖1所示)，特別是利用激光光源的單一波長(zhǎng)與光束平行的特性來(lái)取得被測(cè)物之獨(dú)特信息，如何將激光光源與傳感器封裝使用的形式最佳化、提升光學(xué)鏡片組裝精確度，封裝體積的縮小、降低成本及如何比較容易應(yīng)用，是一個(gè)需要不斷研發(fā)的課題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型主要目的，在提供一種混合式光電積體封裝，將激光光源、傳感器、運(yùn)算芯片、發(fā)光二極管、阻隔光柵及光學(xué)組件封裝在一起，可用來(lái)執(zhí)行一個(gè)事先設(shè)計(jì)好的特殊電子功能，經(jīng)過(guò)激光光學(xué)組件的光源所發(fā)射的光射到被測(cè)物體，再反射回到傳感器，并將所有搜集信息送至運(yùn)算芯片進(jìn)行運(yùn)算，以達(dá)成封裝制程簡(jiǎn)化、封裝體積縮小及降低成本等效果。
依上述目的，本實(shí)用新型的實(shí)施內(nèi)容是包括一封裝體、一激光發(fā)光芯片、一測(cè)光芯片、一發(fā)光二極管、一阻隔光柵、一極納(Zener)二極管及選擇性設(shè)置的運(yùn)算芯片組成，其中該封裝體是具有一基座，于基座上面設(shè)一結(jié)構(gòu)封蓋，于封蓋選定處設(shè)置光學(xué)鏡片；該激光發(fā)光芯片是結(jié)合于基座上，為設(shè)定激光發(fā)射角度也可將激光預(yù)先固定在表面傾斜特定角度的副置體上再結(jié)合于基座上，激光附近裝有極納(Zener)二極管以避免整個(gè)裝置在使用中產(chǎn)生之靜電累積，而造成激光芯片及測(cè)光運(yùn)算芯片的破壞，該測(cè)光芯片乃經(jīng)光學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)合于基座選定處，用于接收由激光發(fā)光芯片所發(fā)出且經(jīng)過(guò)光學(xué)鏡片及外界被測(cè)物體反射回來(lái)的光線，在入射光線途徑之適當(dāng)處裝置一阻隔光柵以阻擋噪聲，另外于激光發(fā)光組件附近裝置一可見(jiàn)光發(fā)光二極管以顯示整組構(gòu)件是否正常工作，通過(guò)此組成單一封裝結(jié)構(gòu)，可用于搜集被測(cè)物體信息混合式光電積體封裝，以便達(dá)到上述封裝制程簡(jiǎn)化、封裝體積縮小及降低成本等效果。


圖1為本實(shí)用新型光電積體封裝之?dāng)嗝媪Ⅲw圖；圖2為本實(shí)用新型光電積體封裝之?dāng)嗝媸疽鈭D；圖3為本實(shí)用新型應(yīng)用實(shí)施狀況之示意圖；圖4為現(xiàn)有光源與傳感器分開(kāi)封裝之示意圖；圖5為現(xiàn)有光源與傳感器一同封裝之示意圖；圖6為現(xiàn)有光偶合器之封裝示意圖。
主要圖號(hào)說(shuō)明封裝體1；基座11；對(duì)外導(dǎo)接部111；副置體114；封蓋12；腔室121；第一光學(xué)鏡片122；第二光學(xué)鏡片123；斜面124；弧凸面125、126；開(kāi)孔127；激光發(fā)光芯片2；測(cè)光芯片3；運(yùn)算芯片4；被測(cè)物體50；可見(jiàn)光發(fā)光二極管5；阻隔光柵6；極納(Zener)二極管7；具體實(shí)施方式
茲依附圖實(shí)施例將本實(shí)用新型之結(jié)構(gòu)特征及其它之作用、目的詳細(xì)說(shuō)明如下如圖2所示，本實(shí)用新型所為『混合式光電積體封裝』，是包括一封裝體1、一激光發(fā)光芯片2、一測(cè)光芯片3及選擇性設(shè)置的運(yùn)算芯片4、一可見(jiàn)光發(fā)光二極管5、一阻隔光柵6、一極納(Zener)二極管7所組成，其中封裝體1，如圖1及圖2所示，為一基座11及一中空狀封蓋12所組成的單一封裝構(gòu)件，該基座11可為印刷電路板或?qū)Ь€架等，于選定處設(shè)有可與其它功能性電路板等設(shè)備作電性連接的對(duì)外導(dǎo)接部111，于基座11上設(shè)置所述封蓋12；該封蓋12可為一組合成一體的中空狀透光體，于底部構(gòu)成一腔室121封罩住基座11上面，于腔室121頂部構(gòu)成二個(gè)鏡面投射路徑在封蓋12外部呈交集的第一、二光學(xué)鏡片122、123，使腔室121內(nèi)部光源經(jīng)由第一光學(xué)鏡片122投射于外界被測(cè)物體50，再反射經(jīng)過(guò)第二光學(xué)鏡片123進(jìn)入腔室；其中，所述該基座11之對(duì)外導(dǎo)接部111，可為金屬導(dǎo)線或?qū)Ы佣俗拥葮?gòu)成；該第一光學(xué)鏡片122，其內(nèi)面可構(gòu)成為一弧凹面124，其外面可構(gòu)成為一弧凸面125；而第二光學(xué)鏡片123可構(gòu)成為內(nèi)、外均呈弧凸面126；又該封蓋12頂端是可設(shè)有一開(kāi)孔127，使所述第一、二光學(xué)鏡片122、123之外面位在開(kāi)孔127內(nèi)，用以保護(hù)第一、二光學(xué)鏡片122、123；激光發(fā)光芯片2，如圖1及圖2所示，可為一種激光二極管，例如邊射型激光二極管(Edge-Emitting Laser，EELD)，或垂直共振腔面射型激光二極管(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL，簡(jiǎn)稱面射型激光二極管)，可為一個(gè)或多個(gè)直接結(jié)合于該封裝體1之基座11上面呈電性連接，或夾以副置體114間接結(jié)合于基座11上面呈電性連接，被所述封蓋12的腔室121罩設(shè)密封，并令其發(fā)光端(面)對(duì)應(yīng)于第一光學(xué)鏡片122內(nèi)面，一極納(Zener)二極管7裝設(shè)于激光發(fā)光芯片2附近，與激光發(fā)光芯片呈電性連結(jié)以泄放線路中累積之靜電電荷以保護(hù)激光發(fā)光芯片；測(cè)光芯片3，如圖1，圖2所示，是一種用以接收、感測(cè)光線的芯片(Sensor chip)，是依據(jù)上述第二光學(xué)鏡片123反射光源所投射的位置結(jié)合于封裝體1之基座11上面呈電性連接，被所述封蓋12的腔室121罩設(shè)密封，測(cè)光芯片上方的適當(dāng)位置裝設(shè)有一阻隔光柵6開(kāi)有一必要之最小孔徑僅容許信號(hào)光束通過(guò)以避免噪聲進(jìn)入；如上所述，該激光發(fā)光芯片2及測(cè)光芯片3并不一定要設(shè)在該基座11同一平面或光平面上，且該發(fā)光芯片2及測(cè)光芯片3的接地平面在電(性)緣上亦可為相接或絕緣，端視使用需求可變更實(shí)施；也可裝置一可見(jiàn)光發(fā)光二極管5于激光發(fā)光芯片2附近，以發(fā)光方式顯示整組構(gòu)件是否正常工作，另者，亦可選擇性于該基座11上設(shè)置一個(gè)或多個(gè)所述運(yùn)算芯片4，用以接收測(cè)光芯片3所讀取的信息信號(hào)作運(yùn)算，以便作進(jìn)一步的應(yīng)用，通過(guò)此即組成本實(shí)用新型混合式光電積體封裝。
參閱圖2、圖3所示，本實(shí)用新型混合式光電積體封裝應(yīng)用實(shí)施時(shí)，可由所述激光發(fā)光芯片2發(fā)出探測(cè)光源，經(jīng)由第一光學(xué)鏡片122使激光光擴(kuò)展并形成平行光束后再折射出封蓋12，或是將激光發(fā)光芯片裝置于傾斜特定角度的副置體上，傾斜角度為便于制造及偵測(cè)應(yīng)介于10至45度角度量之間，以便信號(hào)可于同一基座11之內(nèi)截收，探測(cè)光源，經(jīng)由第一光學(xué)鏡片122使激光光擴(kuò)展并形成平行光束后再射出封蓋12，其探測(cè)光源投射于被測(cè)物體50形成1至2.5公厘直徑之光點(diǎn)以精確對(duì)正待測(cè)點(diǎn)以后，將再反射到第二光學(xué)鏡片123，透過(guò)該第二光學(xué)鏡片123將含有被測(cè)物體50信息的反射光投射于測(cè)光芯片3，光程中經(jīng)過(guò)阻隔光柵阻擋噪聲后即能由測(cè)光芯片3讀取該信息，為微型化整體裝置以節(jié)省空間，第一光學(xué)鏡片122與第二光學(xué)鏡片123之光軸夾角應(yīng)介于20度至70度角度量之間，以利于制造及解析所獲得之信息，此外；第一光學(xué)鏡片與第二光學(xué)鏡片之光軸是與待測(cè)平面50之法線成『相同角度』以便接收最多的反射光能量及信息，同時(shí)也使整個(gè)裝置可在最經(jīng)濟(jì)能源使用的前提下操作，前述之『相同角度』相差應(yīng)不大于5度角度量，因?yàn)橥瑯右蛩?，激光發(fā)光芯片2及測(cè)光芯片3裝置在基座11之內(nèi)的中心距離，應(yīng)介于4至20公厘之間以獲得最大之信號(hào)強(qiáng)度，反射光線內(nèi)含之信息經(jīng)傳送至運(yùn)算芯片4后加以運(yùn)算、應(yīng)用；在某些應(yīng)用時(shí)利用激光束的平行特性，經(jīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整激光光源強(qiáng)度，亦可省略第二光學(xué)鏡頭，僅設(shè)置透明薄板好讓信號(hào)光通過(guò)以降低成本簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，另外并裝設(shè)發(fā)光二極管以發(fā)光方式顯示整組構(gòu)件正常運(yùn)作。
由于本實(shí)用新型混合式光電積體封裝的(激光)發(fā)光芯片2及測(cè)光芯片3及光學(xué)鏡片等，是應(yīng)用一封裝體1構(gòu)裝呈單一組件，故可簡(jiǎn)化其封裝制程，相對(duì)的也降低封裝成本，特別在現(xiàn)今電子產(chǎn)品精巧化設(shè)計(jì)趨勢(shì)下，是能達(dá)成縮小封裝體積效果，實(shí)際符合產(chǎn)業(yè)需求。
綜上所述，本實(shí)用新型『混合式光電積體封裝』，已確具實(shí)用性與創(chuàng)作性，手段的運(yùn)用亦出于新穎無(wú)疑，且功效與設(shè)計(jì)目的誠(chéng)然符合。
權(quán)利要求1.一種混合式光電積體封裝，其特征在于，包括一封裝體，具有一基座及一封蓋，該封蓋為中空狀透光體，于底部構(gòu)成一腔室封罩住基座上面，于腔室頂部構(gòu)成鏡面投射路徑在封蓋外部呈交集的第一及第二光學(xué)鏡片，可供腔室內(nèi)部光源經(jīng)由第一光學(xué)鏡片調(diào)整后投射于外界被測(cè)物體，再反射經(jīng)過(guò)第二光學(xué)鏡片進(jìn)入腔室；一激光發(fā)光芯片，乃結(jié)合于封裝體之基座上面呈電性連接，被封蓋的腔室罩設(shè)密封，并令其發(fā)光端對(duì)應(yīng)于第一光學(xué)鏡片；一測(cè)光芯片，是依據(jù)第二光學(xué)鏡片接收被測(cè)物體反射光源所投射的位置結(jié)合于封裝體的基座上面呈電性連接，被封蓋的腔室罩設(shè)密封。
2.如權(quán)利要求1所述混合式光電積體封裝，其特征在于，所述第一光學(xué)鏡片是將激光束擴(kuò)展并調(diào)整成平行光束，致使激光束的光點(diǎn)在待測(cè)面上形成介于1至2.5公厘的光點(diǎn)，以供第二光學(xué)鏡片在測(cè)光芯片上成像。
3.如權(quán)利要求1所述混合式光電積體封裝，其特征在于，所述激光芯片設(shè)置于一副置體上以將激光束指向特定方向。
4.如權(quán)利要求3所述混合式光電積體封裝，其特征在于，所述該副置體是具有一傾斜面，而該傾斜面的角度應(yīng)介于10至45度之間。
5.如權(quán)利要求1所述混合式光電積體封裝，其特征在于，所述該基座是設(shè)置有可見(jiàn)光發(fā)光二極管并與測(cè)光芯片做電氣連結(jié)以顯示整組構(gòu)裝正確運(yùn)作。
6.如權(quán)利要求1所述混合式光電積體封裝，其特征在于，所述第一光學(xué)鏡片與第二光學(xué)鏡片的光軸夾角是介于20度至70度之間。
7.如權(quán)利要求1所述混合式光電積體封裝，其特征在于，所述激光芯片中心與測(cè)光芯片中心的距離是介于4至20公厘之間而獲得最大的信號(hào)強(qiáng)度。
8.如權(quán)利要求1所述混合式光電積體封裝，其特征在于，所述第一、二光學(xué)鏡片的光軸是與待測(cè)平面的法線是成不大于5度角之相同角度。
9.如權(quán)利要求1所述混合式光電積體封裝，其特征在于，所述為保護(hù)激光芯片不易被靜電破壞，加裝極納二極管與激光芯片作電性連結(jié)以箝制逆向靜電電壓。
專利摘要本實(shí)用新型是一種混合式光電積體封裝，具有一基座及一封蓋所形成的單一封裝體，于基座設(shè)有一激光發(fā)光芯片或夾以副置體間接結(jié)合于基座上，基座內(nèi)并裝置極納(Zener)二極管以保護(hù)激光發(fā)光芯片，及可見(jiàn)光發(fā)光二極管以顯示工作狀態(tài)，于封蓋設(shè)有光學(xué)組件，另依據(jù)光學(xué)設(shè)計(jì)的位置，在適當(dāng)位置裝設(shè)阻隔光柵，在基座選定處設(shè)有一測(cè)光芯片，并可選擇性設(shè)置一運(yùn)算芯片于基座，通過(guò)此組成單一封裝結(jié)構(gòu)，可用于搜集被測(cè)物體信息的整合式光電積體封裝并可顯示工作狀態(tài)。
文檔編號(hào)H01L25/16GK2829094SQ20052010510
公開(kāi)日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者鄭祝良, 王繼華 申請(qǐng)人:聯(lián)鈞光電股份有限公司