CN105870211B - 一种光学传感器封装结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学传感器封装结构及其制造方法，金属壳体上设置有位于不同高度的第一平面段、第二平面段，以及位于第一平面段、第二平面段之间的连接段；其中，所述光学传感器芯片、LED芯片分别安装在第一平面段、第二平面段上的不同侧；所述第一平面段或第二平面段上设置有用于统一光学传感器芯片、LED芯片光学方向的光学窗口；还包括将光学传感器芯片、LED芯片封装在金属壳体上的透光部。本发明的封装结构，光学传感器芯片、LED芯片封装通过连接段实现完全光隔离；制造成本不但可以大大降低，而且还简化了制造的工艺，只需要经过传统的冲裁即可得到，提高了封装的灵活性，而且金属壳体的光隔离效果更优。
Description
技术领域
本发明涉及一种芯片的封装结构，更具体地，本发明涉及一种光学传感器的封装结构。
背景技术
目前，光学传感器在消费电子类的应用越来越广泛，如手机、智能手表、智能手环等。利用光学传感器，可以实现接近光检测、环境光检测、心率检测、血氧检测、手势识别等。其基本原理是LED芯片发出特定波长的光线，该光线到达待测物体后，会返回一束与待测物体相关的光线，到达光学接收芯片的光学接收区，简称PD。
一般来说，在进行封装的时候，首先将芯片贴装在PCB板上，通过引线将芯片上的电极与PCB板上的引脚连接在一起，再用透光材料将光学传感器、LED芯片进行塑封，以保护芯片，完成封装。这种设计的光学传感器，其光隔离性能不好，而且制造工艺也较为复杂。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种光学传感器封装结构的新技术方案。
根据本发明的第一方面，提供了一种光学传感器封装结构，包括金属壳体、光学传感器芯片、LED芯片，所述金属壳体上设置有位于不同高度的第一平面段、第二平面段，以及位于第一平面段、第二平面段之间的连接段；其中，所述光学传感器芯片、LED芯片分别安装在第一平面段、第二平面段上的不同侧；所述第一平面段或第二平面段上设置有用于统一光学传感器芯片、LED芯片光学方向的光学窗口；还包括将光学传感器芯片、LED芯片封装在金属壳体上的透光部。
可选的是，所述光学传感器芯片以其光学区域朝向第一平面段的方式贴装在第一平面段的下侧，所述LED芯片以其光学区域背离第二平面段的方式贴装在第二平面段的上侧；所述光学窗口设置在第一平面段上对应光学传感器芯片光学区域的位置。
可选的是，所述光学传感器芯片以其光学区域背离第一平面段的方式贴装在第一平面段的下侧，所述LED芯片以其光学区域朝向第二平面段的方式贴装在第二平面段的上侧；所述光学窗口设置在第二平面段上对应LED芯片光学区域的位置。
可选的是，所述光学传感器芯片以其光学区域朝向第一平面段的方式贴装在第一平面段的上侧，所述LED芯片以其光学区域背离第二平面段的方式贴装在第二平面段的下侧；所述光学窗口设置在第一平面段上对应光学传感器芯片光学区域的位置。
可选的是，所述光学传感器芯片以其光学区域背离第一平面段的方式贴装在第一平面段的上侧，所述LED芯片以其光学区域朝向第二平面段的方式贴装在第二平面段的下侧；所述光学窗口设置在第二平面段上对应LED芯片光学区域的位置。
可选的是，所述连接段相对于第一平面段、第二平面段垂直。
可选的是，所述金属壳体还包括用于电连接光学传感器芯片、LED芯片的多个焊盘段。
可选的是，所述第一平面段、第二平面段、连接段、焊盘段通过冲压、裁剪金属板而成。
可选的是，所述LED芯片设置有多个，对称分布在光学传感器芯片的两侧或对角方向上。
根据本发明的另一方面，还提供了一种制造光学传感器封装结构的方法，包括如下步骤：
a)对金属板进行冲压、裁剪，形成第一平面段、第二平面段、连接段、光学窗口以及多个焊盘段；
b)将光学传感器芯片、LED芯片分别贴装在第一平面段、第二平面段的不同侧；
c)注塑透光材料，形成将所述光学传感器芯片、LED芯片封装起来的透光部。
本发明的光学传感器封装结构，通过将光学传感器芯片、LED芯片贴装在位于不同高度上的第一平面段、第二平面段的不同侧，使得LED芯片与光学传感器芯片可通过位于第一平面段、第二平面段之间的连接段实现完全的光隔离，从而提高了整个光学传感器封装结构的灵敏度和精度。而且本发明的封装结构，采用的是金属壳体，其制造成本不但可以大大降低，而且还简化了制造的工艺，只需要经过传统的冲裁即可得到，提高了封装的灵活性，而且金属壳体的光隔离效果更优。
本发明的发明人发现，在现有技术中，光学传感器芯片以及LED芯片贴装在电路板上，并需要采用不透光材料在电路板上形成两个芯片的光隔离部，之后再注塑透光材料；这种设计的光学传感器，其光隔离性能不好，而且制造工艺也较为复杂。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明封装结构的俯视图。
图2是图1中沿A-A位置的剖面图。
图3是本发明封装结构另一实施方式的俯视图。
图4是本发明封装结构第三实施方式的俯视图。
图5、图6是图1中封装结构制造工艺的流程图。
图7、图8是图1中封装结构连续批量制造的工艺示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
参考图1、图2，本发明提供了一种光学传感器封装结构，其包括金属壳体以及设置在金属壳体上的光学传感器芯片5、LED芯片6，以及将光学传感器芯片5、LED芯片6封装在金属壳体上的透光部7。其中，光学传感器芯片5具有光学区域，光学传感器芯片5通过其光学区域来接收外界的光信号，使得可以根据光学传感器芯片5接收到的不同信号来发出相应的控制信号。LED芯片6具有光学区域，LED芯片6通过其光学区域向外发出光信号。LED芯片6与光学传感器芯片5配合在一起，可以实现接近光检测、环境光检测、心率检测、血氧检测、手势识别等，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
本发明的金属壳体，其包括位于不同高度的第一平面段1、第二平面段2，以及位于第一平面段1、第二平面段2之间的连接段3。在本发明一个具体的实施方式中，第一平面段1高于第二平面段2，当然也可以是第二平面段2高于第一平面段1。第一平面段1、第二平面段2、连接段3可以通过金属板的冲压、裁剪制得。例如第一平面段1可以看成是相对于第二平面段2冲压后得到的凸起结构或者凹槽结构等。对金属板进行冲裁得到第一平面段1、第二平面段2属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
本发明的光学传感器芯片5、LED芯片6分别固定在第一平面段1、第二平面段2上的不同侧，而且由于光学传感器芯片5、LED芯片6设置在第一平面段1、第二平面段2上的不同侧，为了统一光学传感器芯片5、LED芯片6的光学方向，也就是说，为了使LED芯片6发出的光信号经过被测物后能返回到光学传感器芯片5中，需在第一平面段1或第二平面段2上设置光学窗口8，使得LED芯片6或者光学传感器芯片5可以通过金属壳体发出或接收光信号。
在本发明一个具体的实施方式中，参考图2，所述光学传感器芯片5以其光学区域朝向第一平面段1的方式贴装在第一平面段1的下侧，为了将光学传感器芯片5的光学区域露出，所述光学窗口8设置在第一平面段1上对应光学传感器芯片5光学区域的位置。所述LED芯片6以其光学区域背离第二平面段2的方式贴装在第二平面段2的上侧。参考图2的视图方向，光学传感器芯片5、LED芯片6的光学区域均朝向上方；当LED芯片6发出的光信号经过被测物时可通过光学窗口8返回至光学传感器芯片5中。
在本发明另一个具体的实施方式中，所述光学传感器芯片5以其光学区域背离第一平面段1的方式贴装在第一平面段1的下侧，所述LED芯片6以其光学区域朝向第二平面段2的方式贴装在第二平面段2的上侧，此时为了将LED芯片6的光学区域暴露出来，所述光学窗口8设置在第二平面段2上对应LED芯片6光学区域的位置。在该结构下，光学传感器芯片5、LED芯片6的光学区域均朝向下方，LED芯片6发出的光信号通过光学窗口8扩散到外界，并经过被测物时可返回至光学传感器芯片5中。
在本发明第三种实施方式中，所述光学传感器芯片5以其光学区域朝向第一平面段1的方式贴装在第一平面段1的上侧，为了将光学传感器芯片5的光学区域露出，所述光学窗口8设置在第一平面段1上对应光学传感器芯片5光学区域的位置。所述LED芯片6以其光学区域背离第二平面段2的方式贴装在第二平面段2的下侧。在该结构下，光学传感器芯片5、LED芯片6的光学区域均朝向下方，当LED芯片6发出的光信号经过被测物时可通过光学窗口8返回至光学传感器芯片5中。
在本发明第四种实施方式中，所述光学传感器芯片5以其光学区域背离第一平面段1的方式贴装在第一平面段1的上侧，所述LED芯片6以其光学区域朝向第二平面段2的方式贴装在第二平面段2的下侧；为了将LED芯片6的光学区域露出，所述光学窗口8设置在第二平面段2上对应LED芯片6光学区域的位置。在该结构下，光学传感器芯片5、LED芯片6的光学区域均朝向上方，当LED芯片6发出的光信号通过光学窗口8扩散到外界，并经过被测物时可返回至光学传感器芯片5中。
本发明的光学传感器封装结构，通过将光学传感器芯片、LED芯片贴装在位于不同高度上的第一平面段、第二平面段的不同侧，使得LED芯片与光学传感器芯片可通过位于第一平面段、第二平面段之间的连接段实现完全的光隔离，从而提高了整个光学传感器封装结构的灵敏度和精度。而且本发明的封装结构，采用的是金属壳体，其制造成本不但可以大大降低，而且还简化了制造的工艺，只需要经过传统的冲裁即可得到，提高了封装的灵活性，而且金属壳体的光隔离效果更优。
本发明的第一平面段1、第二平面段2可以是水平状态的平面，也可以是倾斜状态的平面，为了提高光学传感器芯片5、LED芯片6的光隔离效果，所述连接段3相对于第一平面段1、第二平面段2垂直，使得第一平面段1、连接段3、第二平面段2近似呈阶梯状。
本发明的光学传感器封装结构，通过透光部7将光学传感器芯片5、LED芯片6分别封装在第一平面段1、第二平面段2上，从而保护了光学传感器芯片5、LED芯片6上的光学区域不受损坏。本发明的封装结构，所述金属壳体还包括用于连接光学传感器芯片5、LED芯片6的多个焊盘段4。通过该多个焊盘段4可以将光学传感器芯片5、LED芯片6的电信号引出。光学传感器芯片5、LED芯片6例如可以通过植锡球的方式直接焊接在焊盘段4上，也可以通过打线的方式实现电连接，这种植锡球或打线的电连接方式属于本领域技术人员的公知常识。
本发明的焊盘段4与第一平面段1、第二平面段2、连接段3一样，均通过在金属板上冲压、裁剪而成。在此需要注意的是，为了实现信号的引出，每个焊盘段4均需要与其它金属板独立开，否则芯片的电信号会串在一起。但是在冲裁的时候，又不能将各个焊盘段4从金属板上冲裁掉，这时，注塑的透光部7可以很好地解决这个问题，先注塑透光部7，再对焊盘段4进行分离，通过注塑的透光部7使得每个独立的焊盘段4可以和其他部件构成一个整体。
本发明的LED芯片6可以设置一个，也可以设置多个，例如参考图2，LED芯片6设置有两个，该两个LED芯片6对称分布在光学传感器芯片5的两侧。两个LED芯片6也可以对称分布在光学传感器芯片5的对角线方向上，参考图3。当然也可以是，参考图4，LED芯片6设置有四个，该四个LED芯片6分布在光学传感器芯片5的四个角。LED芯片6、光学传感器芯片5的数量以及分布方式可以根据实际需要进行设计；本发明的封装结构，通过对金属壳体的冲裁，有利于调整光学传感器芯片5和LED芯片6的相对位置，提高了封装的灵活性。
本发明还提供了一种光学传感器封装结构的制造方法，其包括如下步骤：
a)对金属板进行冲压、裁剪，从而形成位于不同高度上的第一平面段1、第二平面段2，以及位于第一平面段1、第二平面段2之间的连接段3；同时可在金属板上形成光学窗口8以及多个焊盘段4，参考图5；在本发明一个具体的实施方式中，该光学窗口8形成在第一平面段1的位置，但是通过上述的描述，该光学窗口8也可设置在第二平面段2上；
b)将光学传感器芯片5、LED芯片6贴装在第一平面段1、第二平面段2的不同侧上，参考图6；在本发明一个具体的实施方式中，例如可将光学传感器芯片5以其光学区域朝向第一平面段1的方式贴装在第一平面段1的下侧，将LED芯片6以其光学区域背离第二平面段2的方式贴装在第二平面段2上；此时，上述的光学窗口8设置在第一平面段1上正对光学传感器芯片5光学区域的位置，使得第一平面段1通过该光学窗口8将光学传感器芯片5的光学区域暴露出来；
芯片的贴装工艺属于本领域技术人员的公知常识，例如可通过胶材进行粘结；为了将芯片的电信号引出，可以采用植锡球的方式将光学传感器芯片5、LED芯片6直接焊接在第一平面段1中的焊盘段4上，当然也可以采用打线的方式将位于第一平面段1、第二平面段2上的光学传感器芯片5、LED芯片6分别电连接到相应的焊盘段4上；
c)注塑透光材料，形成将所述光学传感器芯片5、LED芯片6封装起来的透光部7；通过该透光部7将光学传感器芯片5、LED芯片6封装在第一平面段1、第二平面段2上，从而可以对光学传感器芯片5、LED芯片6的光学区域进行保护；该透光部7同时会填充在第一平面段1的光学窗口8中，最终形成本发明的光学传感器封装结构。
在此需要注意的是，在步骤a)中形成焊盘段4的时候，不能使焊盘段4与金属板完全脱离，需要保留一部分使其连接在金属板上，在注塑完不透光材料后，再将焊盘段4划开，以实现各自信号的引出。
本发明的光学传感器封装结构，可在金属板上形成多个封装结构，以实现连续批量制造。在本发明一个具体的实施方式中，参考图7，例如可在金属板10上形成四个封装结构，分别记为第一封装结构a、第二封装结构b、第三封装结构c、第四封装结构d；在对金属板进行冲压、裁剪的时候，四个封装结构中的金属壳体通过互连部11连接在一起，在完成芯片贴装、不透光材料注塑后，对该金属板10进行裁剪，从而将四个封装结构分割开，得到四个独立的第一封装结构a、第二封装结构b、第三封装结构c、第四封装结构d，参考图8。在裁剪的过程中，可同时将每个封装结构中的焊盘段4分割开，从而实现单个封装结构中各自信号的引出。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种光学传感器封装结构，其特征在于：包括金属壳体、光学传感器芯片(5)、LED芯片(6)，所述金属壳体上设置有位于不同高度的第一平面段(1)、第二平面段(2)，以及位于第一平面段(1)、第二平面段(2)之间的连接段(3)；其中，所述光学传感器芯片(5)、LED芯片(6)分别安装在第一平面段(1)、第二平面段(2)上的不同侧；所述第一平面段(1)或第二平面段(2)上设置有用于统一光学传感器芯片(5)、LED芯片(6)光学方向的光学窗口(8)；还包括将光学传感器芯片(5)、LED芯片(6)封装在金属壳体上的透光部(7)。
2.根据权利要求1所述的光学传感器封装结构，其特征在于：所述光学传感器芯片(5)以其光学区域朝向第一平面段(1)的方式贴装在第一平面段(1)的下侧，所述LED芯片(6)以其光学区域背离第二平面段(2)的方式贴装在第二平面段(2)的上侧；所述光学窗口(8)设置在第一平面段(1)上对应光学传感器芯片(5)光学区域的位置。
3.根据权利要求1所述的光学传感器封装结构，其特征在于：所述光学传感器芯片(5)以其光学区域背离第一平面段(1)的方式贴装在第一平面段(1)的下侧，所述LED芯片(6)以其光学区域朝向第二平面段(2)的方式贴装在第二平面段(2)的上侧；所述光学窗口(8)设置在第二平面段(2)上对应LED芯片(6)光学区域的位置。
4.根据权利要求1所述的光学传感器封装结构，其特征在于：所述光学传感器芯片(5)以其光学区域朝向第一平面段(1)的方式贴装在第一平面段(1)的上侧，所述LED芯片(6)以其光学区域背离第二平面段(2)的方式贴装在第二平面段(2)的下侧；所述光学窗口(8)设置在第一平面段(1)上对应光学传感器芯片(5)光学区域的位置。
5.根据权利要求1所述的光学传感器封装结构，其特征在于：所述光学传感器芯片(5)以其光学区域背离第一平面段(1)的方式贴装在第一平面段(1)的上侧，所述LED芯片(6)以其光学区域朝向第二平面段(2)的方式贴装在第二平面段(2)的下侧；所述光学窗口(8)设置在第二平面段(2)上对应LED芯片(6)光学区域的位置。
6.根据权利要求1所述的光学传感器封装结构，其特征在于：所述连接段(3)相对于第一平面段(1)、第二平面段(2)垂直。
7.根据权利要求1所述的光学传感器封装结构，其特征在于：所述金属壳体还包括用于电连接光学传感器芯片(5)、LED芯片(6)的多个焊盘段(4)。
8.根据权利要求7所述的光学传感器封装结构，其特征在于：所述第一平面段(1)、第二平面段(2)、连接段(3)、焊盘段(4)通过冲压、裁剪金属板而成。
9.根据权利要求1所述的光学传感器封装结构，其特征在于：所述LED芯片(6)设置有多个，对称分布在光学传感器芯片(5)的两侧或对角方向上。
10.一种制造如权利要求1至9任一项所述光学传感器封装结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)对金属板进行冲压、裁剪，形成第一平面段(1)、第二平面段(2)、连接段(3)、光学窗口(8)以及多个焊盘段(4)；
b)将光学传感器芯片(5)、LED芯片(6)分别贴装在第一平面段(1)、第二平面段(2)的不同侧；
c)注塑透光材料，形成将所述光学传感器芯片(5)、LED芯片(6)封装起来的透光部(7)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| CB02 | Change of applicant information |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
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Effective date of registration: 20200609 Address after: 266104 room 103, 396 Songling Road, Laoshan District, Qingdao, Shandong Province Patentee after: Goer Microelectronics Co.,Ltd. Address before: 261031 Dongfang Road, Weifang high tech Development Zone, Shandong, China, No. 268 Patentee before: GOERTEK Inc. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: F / F, phase II, Qingdao International Innovation Park, 1 Keyuan Weiyi Road, Laoshan District, Qingdao City, Shandong Province, 266104 Patentee after: Geer Microelectronics Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: Room 103, 396 Songling Road, Laoshan District, Qingdao City, Shandong Province 266104 Patentee before: Goer Microelectronics Co.,Ltd. Country or region before: China |