TW202536417A - 光感測裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種光感測裝置及其製造方法，其中光感測裝置包含一基板、至少一發光元件及一光感測元件。其中，發光元件用以發出一光線，光感測元件用以接收該光線經由一外界物體漫反射後之一漫反射光。而且，發光元件與光感測元件係個別且分離地安裝至基板上。

Description

光感測裝置及其製造方法

本發明係有關於一種光感測裝置及其製造方法，特別係有關於一種具有多組合彈性與量測準確度之光感測裝置及其製造方法。

非侵入式血糖檢測技術是一種無需穿刺皮膚或提取血液樣本測量血糖水平的技術，這樣的技術對於減少例如糖尿病患者的不便、提高血糖監測的頻率和便利性，具有重要的應用價值。其中，近紅外線（Near-Infrared Spectroscopy，簡稱NIRS）血糖檢測技術利用是一種實現非侵入式血糖光學的檢測技術，其應用近紅外光波長在700奈米(nm)到2500奈米(nm)範圍間，這一波長區間的紅外光在組織中可以被水、脂肪和蛋白質等成分吸收和散射，藉由測量紅外光照射人體組織前後因人體組織吸收、反射和散射產生的變化來推斷人體組織內血糖濃度的技術。

如圖1所示，其顯示習知近紅外線血糖檢測裝置1的剖面示意圖。習知的血糖檢測裝置通常是一種多晶片模組10，於製造多晶片模組時，係將數個光感測元件與數個發光元件固晶至一片共同的導電基鈑上，後經銲線、貼膜、擋光元件製作、切割等製程，形成數個多晶片模組，再將多晶片模組10安裝至一印刷電路板20上完成。其中，每個多晶片模組10包含一個光感測元件11與數個發光元件12固晶於導電基板13上，每個光感測元件11與發光元件12間具有擋光元件14之設計。

圖1所示的習知血糖檢測裝置1中其擋光元件14設計為一種半切割跟點膠結構，上述多晶片模組10完成保護層15與光學薄膜蓋板16封裝製程後，再以半切割方式，在發光元件與光感測元件之間切開封裝體，以形成預計製作擋光元件的溝槽後，再以點膠方式填滿溝槽形成擋光元件14。習知血糖檢測裝置1的缺點之一在於擋光元件14只存在光感測元件11與發光元件12之間，只能阻擋光感測元件與發光元件之間的光穿透，多晶片模組10之四周外圍並無擋光元件設計，無法阻隔外界的環境光進入，也無法避免發光元件外漏至非預定之外界。而且，上述習知的半切割與點膠製程亦有製程複雜、良率低、生產慢、成本高等缺點。

此外，由於製造多晶片模組時是將數個光感測元件與數個發光元件固晶至一片共同的導電基鈑上，經銲線、切割等製程後形成的多晶片模組其模組內各晶片的配置已經固定，此際倘若於製程中檢驗出任一個晶片存有瑕疵，則該多晶片模組中任一個晶片均無法更換，整個模組僅能拋棄，無更換可能性。

請合併參閱圖2A與圖2B，其顯示習知血糖檢測裝置中多晶片模組10可能因使用者操作狀態之差異，與使用者人體組織間存在配戴過鬆或過緊的問題產生。如圖2A所示，若血糖檢測裝置與人體組織間過鬆，多晶片模組10可能發生光訊號散失的問題。另一方面，如圖2B所示，若血糖檢測裝置與人體組織間過緊，多晶片模組10過度壓迫人體組織，將使人體組織內的葡萄糖30受迫向外排擠至人體組織的其他位置，導致受測區域附近的血糖濃度下降，間接導致量測結果失真，影響量測準確性。為克服上述問題，業界亟需一種創新的血糖檢測裝置及其製造方法，以改善上述種種問題。

本發明的主要目的在於提供一種創新的光感測裝置及其製造方法，改善習知技術下列幾個問題：(1)製程複雜、良率低、生產慢、成本高(2)模組搭配固定、變化靈活度小(3)無法準確進行訊號判讀、影響量測準確性。

為達上述目的，本發明提供一種光感測裝置，包含一基板、至少一發光元件及一光感測元件。其中，發光元件用以發出一光線，光感測元件用以接收該光線經由一外界物體漫反射後之一漫反射光。而且，發光元件與光感測元件係個別且分離地安裝至基板上

於本發明光感測裝置一實施態樣中，更包含至少一檔光元件，包圍至少一發光元件與光感測元件，以阻擋至少一發光元件發出之該光線外漏至光感測裝置之外，也阻擋一環境光與該光線未經反射直接被光感測元件接收。

於本發明光感測裝置一實施態樣中，其中檔光元件之材料係選自於由熱塑性高分子、碳纖維材料、陶瓷材料所組成之群族其中之一及其組合。

於本發明光感測裝置一實施態樣中，其中檔光元件之穿透率不大於5%。

於本發明光感測裝置一實施態樣中，其中檔光元件之反射率不小於95%。

於本發明光感測裝置一實施態樣中，更包含一壓敏元件，設置於檔光元件上，用以感測施加於光感測裝置上之一外力。

於本發明光感測裝置一實施態樣中，其中壓敏元件感測施加於該光感測裝置上之該外力係小於100牛頓(N)。

於本發明光感測裝置一實施態樣中，更包含一光學薄膜蓋板覆蓋光感測元件，選擇性地僅允許一特定波長的光線通過而阻擋其他波長的光線通過。

為達上述目的，本發明提供一種光感測裝置之製造方法，包含：提供一基板；提供至少一發光元件；提供一光感測元件；以及個別且分離地安裝至少一發光元件與光感測元件至基板上，其中光感測元件，用以接收由至少一發光元件發出之一光線經由一外界物體漫反射後之一漫反射光。

於本發明光感測裝置之製造方法的一實施態樣中，更包含提供至少一檔光元件，包圍至少一發光元件與光感測元件，以阻擋至少一發光元件發出之該光線外漏至光感測裝置之外，也阻擋一環境光與該光線未經反射直接被光感測元件接收。

於本發明光感測裝置之製造方法的一實施態樣中，更包含提供一壓敏元件，設置於至少一檔光元件上，用以感測施加於光感測裝置上之一外力。

於本發明光感測裝置之製造方法的一實施態樣中，其中提供至少一發光元件與提供一光感測元件之步驟係：固定至少一發光晶片及一光感測晶片至一導電基板上；提供一保護層以覆蓋至少一發光晶片及光感測晶片；及切割導電基板，以個別且分離地形成至少一發光元件及光感測元件。

於本發明光感測裝置之製造方法的一實施態樣中，更包含提供一光學薄膜蓋板覆蓋保護層後再進行切割導電基板之步驟。

在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，此技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。

以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。需說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之裝置已省略而未繪示，且圖式中各裝置間之尺寸關係僅為求容易瞭解，並非用以限制實際比例。

請參閱圖3所示，其為本發明一實施例中光感測裝置之結構示意圖。應用本發明光感測裝置與習知裝置二者間其中一差異在於本發明光感測裝置利用單晶片模組取代習知的多晶片模組，無論是提供光源的發光元件或者是接收光線產生電訊號的光感測元件在結構上均為單晶片模組之獨立設計，以提高模組配置的彈性與生產瑕疵更換的可能性，詳細說明如下。

如圖3所示，本發明光感測裝置100包含一基板110、二個發光元件120、一個光感測元件130及數個檔光元件140。其中，發光元件120包含一發光二極體晶片122及一導電基板124，發光二極體晶片122安裝於導電基板124上，並與其電性連結。 發光二極體晶片122用以發出一特定波長的光線。以本發明光感測裝置可具體應用於血糖濃度檢測之目的，發光二極體晶片122可以發出波長在700奈米(nm)到2500奈米(nm)範圍間之近紅外光。於其他實施態樣可依據不同的檢測需求，得置換不同波長的發光二極體晶片。須說明的是，發光元件120更包含一保護層126覆蓋發光二極體晶片122，以保護該晶片並形成一發光封裝體。此外，於圖3所示之實施態樣中，發光元件120更包含一光學薄膜蓋板128以覆蓋保護層126及發光二極體晶片122，其中光學薄膜蓋板128包含玻璃蓋板128a及光學鍍膜128b。

其次，光感測元件130包含一光感測晶片132及一導電基板134，光感測晶片132安裝於導電基板134上，並與其電性連結。發光元件120對外發出之光線經由一外界物體，例如是人體組織，漫反射後之一漫反射光將由光感測元件130之光感測晶片132所接收，並據以產生相應的電訊號，經系統換算後獲取對應例如人體組織內的血糖濃度。類似地，光感測元件130更包含一保護層136覆蓋光感測晶片132，以保護該晶片並形成一光感測封裝體。此外，光感測元件130更包含一光學薄膜蓋板138以覆蓋保護層136及光感測晶片132，其中光學薄膜蓋板138包含玻璃蓋板138a及光學鍍膜138b。須說明的是，此光學薄膜蓋板138可以是一種光學濾波器，例如是一帶通濾波器（Band Pass Filter，簡稱BPF），用於選擇性地僅允許一特定光波長範圍的光線通過，同時阻擋其他波長的光線通過或降低傳遞。

而且，與先前技術不同的是，本發明發光元件120與光感測元件130乃各自分離的單獨元件，於後續光感測裝置100的生產製程中個別且分離地安裝至其表面具有印刷電路的基板110上。因此，可依據光感測裝置100不同的最終需求安裝不同數量的發光元件120與光感測元件130，具有產品配置多元的彈性。甚至，當其中任一元件具有瑕疵時，本發明光感測裝置100仍存在可以更換基板110上不良元件的置換可能性。有關這部分的詳細說明可於後續本發明光感測裝置100的製造方法中詳述。

繼續參閱圖3所示，其中本發明與習知裝置二者間另一差異在於本發明光感測裝置100更包含至少一檔光元件140，包圍發光元件120與光感測元件130，以阻擋發光元件120發出之光線外漏至光感測裝置100之外，也阻擋一環境光與該光線未經外界物質（例如人體組織）反射直接被光感測元件130接收。具體而言，請合併參閱圖4，其顯示檔光元件的形狀可以依據需求設計出不同外型，例如可以是，但不限於，口字型與ㄇ字型結構之檔光元件。如圖4所示之實施態樣中，其利用一個口字型檔光元件140與二個ㄇ字型檔光元件140將二個發光元件120及一個光感測元件130整體包圍起來，達到前述防止漏光以及阻擋環境光及特定波長光線進入光感測元件130的目的。檔光元件140之高度可以是，但不限於，大於或等於0.4毫米(mm)，且其寬度不小於0.1毫米(mm)。其次，構成檔光元件140之材料可以選自於由熱塑性高分子、碳纖維材料、陶瓷材料所組成之群族其中之一及其組合，其中熱塑性高分子可以包含聚苯乙烯、低密度聚乙烯、聚縮醛、聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等。而且，構成上述檔光元件材料之穿透率不大於5%或反射率不小於95%，以達到阻擋光線之功效。

於本發明較佳實施態樣中，為避免應用本發明光感測裝置於實際應用中因使用者操作狀態之差異，產生與使用者人體組織間存在配戴過鬆或過緊的問題，本發明光感測裝置100更包含一壓敏元件150，可配合檔光元件140上方輪廓以黏接之方式，設置於檔光元件140上，用以感測施加於光感測裝置100上之外力。具體而言，當光感測裝置100與人體組織間配戴過鬆時，壓敏元件150感測施加於光感測裝置100上之外力可能為零，或趨近於零，此際，光感測裝置100可對應訊號散失發出配戴過鬆的警示，提醒使用者重新調整配戴狀態。另一方面，當光感測裝置100與人體組織間配戴過緊導致壓敏元件150感測施加於光感測裝置100上之外力超出系統設定之預設值，例如，可以是，但不限於，100牛頓(N)。此際，光感測裝置100可對應配戴過緊的狀態發出對應的警示，提醒使用者重新調整配戴狀態，以檢測出正確的量測數值，例如，血糖濃度。

以下請參閱圖5，其顯示本發明製造光感測裝置之一流程圖。於步驟501中，提供一包含印刷電路之一基板。於步驟502中，依據光感測裝置之需求，提供至少一發光元件，以提供特定波長波段之光線。於步驟503中，依據光感測裝置之需求，提供一光感測元件，以接收由發光元件發出之光線經由外界物體漫反射後之漫反射光。於步驟504中，依據光感測裝置之需求，將個別且分離的特定數量的發光元件與光感測元件安裝至基板上。於步驟505中，依據光感測裝置之需求，提供特定數量之檔光元件，以包圍上述之發光元件與光感測元件，阻擋發光元件發出之光線外漏至光感測裝置之外，也阻擋環境光與該光線未經反射直接被光感測元件接收。於步驟506中，提供一壓敏元件，設置於檔光元件上，用以感測施加於光感測裝置上之外力。

以下將以二個實施態樣，說明本發明如何製造光感測裝置中個別且分離的發光元件與光感測元件。請參閱圖6，製程6A，其顯示於將數個發光二極體晶片602與數個光感測晶片604以固晶或表面黏著技術固定於一導電基板606上。接著於製程6B，進行銲線，藉以電性導通發光二極體晶片602與光感測晶片604至導電基板606。其次，於製程6C，進行保護層608壓模製程，使保護層608覆蓋該些發光二極體晶片602與光感測晶片604。接著，於製程6D，提供一具有光學薄膜之光學薄膜蓋板610覆蓋於保護層608上方，使光學薄膜蓋板610同時覆蓋發光二極體晶片602與光感測晶片604。後續，於製程6E，以切割設備切割導電基板606，以形成個別且分離、已封裝完成的發光元件612與光感測元件614。接著，於製程6F，依據光感測裝置之設計需求，將一定數量之個別且分離的發光元件612與光感測元件614組裝至印刷電路基板616後。於製程6G，再以搭配適當數量及結構外型之檔光元件618包覆整個發光元件612與光感測元件614外圍。最終，於製程6H，於組裝後之檔光元件618上圍黏接壓敏元件620，以完成本發明之光感測裝置600。

請參閱圖7，其用以說明本發明如何製造個別且分離的發光元件與光感測元件之另一個實施態樣。首先，類似地，於製程7A，將數個發光二極體晶片702與數個光感測晶片704以固晶或表面黏著技術固定於一導電基板706上。與前述不同的是，此實施態樣中之光感測晶片704表面已經貼附光學薄膜，可過濾特定波長範圍的光線不被光感測晶片704接收，因此，可以節省後續貼附光學薄膜蓋板之製程。接著，於製程7B，進行銲線，藉以電性導通發光二極體晶片702與光感測晶片704至導電基板706。其次，於製程7C，進行保護層708壓模製程，使保護層708覆蓋該些發光二極體晶片702與光感測晶片704。接著，於製程7D，以切割設備切割導電基板706，以形成個別且分離、已封裝完成的發光元件712與光感測元件714。接著，於製程7E，依據光感測裝置之設計需求，將一定數量之個別且分離的發光元件712與光感測元件714組裝至印刷電路基板716後，於製程7F，再以檔光元件718包覆整個發光元件712與光感測元件714外圍。最終，於製程7G，於檔光元件718上圍黏接壓敏元件720，以完成本發明之光感測裝置700。

承上所述，本發明應用 “單晶片模組” 態樣的發光元件與光感測元件，可依據不同應用端的需求規範，自由選擇不同數量的模組元件，並配合不同結構外型，例如口型跟ㄇ型模組化的擋光元件，共同地組合在印刷電路基板上，具有多元搭配的彈性，沒有數量、位置與排列等限制。而且，若其中有任一模組存有瑕疵，本發明之光感測裝置也存在可更換良品的維修可能性，無須傳統方式拋棄整個模組。因此，本發明光感測裝置可解決傳統多晶片模組式血糖檢測裝置的缺點，改變後的設計可以(1)因具有完整的擋光元件設計，可提高擋光效率(2)可更換瑕疵不良品，提升模組良率(3)單晶片模組式設計，提升生產速度(4)單晶片模組式設計具有模組搭配彈性，因此可降低整體裝置製作成本(5)提高模組搭配靈活度，提供多樣式選擇符合使用者需求。更特別地是，本發明光感測裝置具有壓敏元件可以提供力度感測之功能，使本發明非侵入式血糖檢測模組可篩選或校正量測數據，提升血糖檢測準確性。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

1:血糖檢測裝置 10:多晶片模組 11:光感測元件 12:發光元件 13:導電基板 14:擋光元件 15:保護層 16:光學薄膜蓋板 20:印刷電路板 30:葡萄糖 100:光感測裝置 110:基板 120:發光元件 122:發光二極體晶片 124:導電基板124 126:保護層 128:光學薄膜蓋板 128a:玻璃蓋板 128b:光學薄膜 130:光感測元件 132:光感測晶片 134:導電基板 136:保護層 138:光學薄膜蓋板 138a:玻璃蓋板 138b:光學鍍膜 140:檔光元件 150:壓敏元件 600:光感測裝置 602:發光二極體晶片 604:光感測晶片 606:導電基板 608:保護層 610:光學薄膜蓋板 612:發光元件 614:光感測元件 616:印刷電路基板 618:檔光元件 620:壓敏元件 700:光感測裝置 702:發光二極體晶片 704:光感測晶片 706:導電基板 708:保護層 712:發光元件 714:光感測元件 716:印刷電路基板 718:檔光元件 720:壓敏元件

圖1為習知近紅外線血糖檢測裝置的剖面示意圖； 圖2A與圖2B為習知血糖檢測裝置中多晶片模組因使用者配戴過鬆與過緊的狀態示意圖； 圖3為本發明一實施態樣中光感測裝置之結構示意圖； 圖4為本發明一實施態樣中發光元件、光感測元件與擋光元件之組合示意圖； 圖5為本發明一實施態樣中製造光感測裝置之流程圖； 圖6為本發明一實施態樣中製造發光元件與光感測元件之示意圖；及 圖7為本發明另一實施態樣中製造發光元件與光感測元件之示意圖。

110:基板

120:發光元件

130:光感測元件

140:檔光元件

Claims (13)

1. 一種光感測裝置，包含： 一基板； 至少一發光元件，用以發出一光線； 一光感測元件，用以接收該光線經由一外界物體漫反射後之一漫反射光； 其中，該至少一發光元件與該光感測元件係個別且分離地安裝至該基板上。
2. 如請求項1所述之光感測裝置，更包含至少一檔光元件，包圍該至少一發光元件與該光感測元件，以阻擋該至少一發光元件發出之該光線外漏至該光感測裝置之外，也阻擋一環境光與該光線未經反射直接被該光感測元件接收。
3. 如請求項2所述之光感測裝置，其中該至少一檔光元件之材料係選自於由熱塑性高分子、碳纖維材料、陶瓷材料所組成之群族其中之一及其組合。
4. 如請求項2所述之光感測裝置，其中該至少一檔光元件之穿透率不大於5%。
5. 如請求項2所述之光感測裝置，其中該至少一檔光元件之反射率不小於95%。
6. 如請求項2所述之光感測裝置，更包含一壓敏元件，設置於該至少一檔光元件上，用以感測施加於該光感測裝置上之一外力。
7. 如請求項6所述之光感測裝置，其中該壓敏元件感測施加於該光感測裝置上之該外力係小於100牛頓(N)。
8. 如請求項1所述之光感測裝置，更包含一光學薄膜蓋板覆蓋該光感測元件，選擇性地僅允許一特定波長的光線通過而阻擋其他波長的光線通過。
9. 一種光感測裝置之製造方法，包含： 提供一基板； 提供至少一發光元件； 提供一光感測元件；以及 個別且分離地安裝該至少一發光元件與該光感測元件至該基板上， 其中該光感測元件，用以接收由該至少一發光元件發出之一光線經由一外界物體漫反射後之一漫反射光。
10. 如請求項9所述光感測裝置之製造方法，更包含提供至少一檔光元件，包圍該至少一發光元件與該光感測元件，以阻擋該至少一發光元件發出之該光線外漏至該光感測裝置之外，也阻擋一環境光與該光線未經反射直接被該光感測元件接收。
11. 如請求項10所述光感測裝置之製造方法，更包含提供一壓敏元件，設置於該至少一檔光元件上，用以感測施加於該光感測裝置上之一外力。
12. 如請求項9所述光感測裝置之製造方法，其中提供至少一發光元件與提供一光感測元件之步驟係： 固定至少一發光晶片及一光感測晶片至一導電基板上； 提供一保護層以覆蓋該至少一發光晶片及該光感測晶片；及 切割該導電基板，以個別且分離地形成該至少一發光元件及該光感測元件。
13. 如請求項12所述光感測裝置之製造方法，更包含提供一光學薄膜蓋板覆蓋該保護層後再進行切割該導電基板之步驟。